JP2014106112A - Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2014106112A
JP2014106112A JP2012259127A JP2012259127A JP2014106112A JP 2014106112 A JP2014106112 A JP 2014106112A JP 2012259127 A JP2012259127 A JP 2012259127A JP 2012259127 A JP2012259127 A JP 2012259127A JP 2014106112 A JP2014106112 A JP 2014106112A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
circuit
operating voltage
oscillation
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012259127A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Tanabe
聡 田辺
Kenichi Kawasaki
健一 川▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2012259127A priority Critical patent/JP2014106112A/en
Priority to US14/038,315 priority patent/US20140145707A1/en
Publication of JP2014106112A publication Critical patent/JP2014106112A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16547Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies voltage or current in AC supplies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/252Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with conversion of voltage or current into frequency and measuring of this frequency

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the sensitivity of detecting a voltage variation during voltage variation detection.SOLUTION: An operation voltage generation unit 12 generates an operation voltage of an oscillation circuit 11 by lowering a voltage to be detected (a potential difference (power supply voltage) between wiring vdd (power supply wiring) and wiring vss (ground line) in an example of Figure 1). The oscillation circuit 11 performs an oscillation operation by receiving the operation voltage. A variation detection unit 13 detects the variation of the voltage to be detected by measuring the oscillation frequency of the oscillation circuit 11. Accordingly, the variation rate of the oscillation frequency of the oscillation circuit 11 increases, thereby allowing the sensitivity of detecting a voltage variation during voltage variation detection to be improved.

Description

本発明は、電圧変動検出回路及び半導体集積回路に関する。   The present invention relates to a voltage fluctuation detection circuit and a semiconductor integrated circuit.

従来、半導体集積回路で発生するノイズの影響による電源電圧の変動を検出するために、発振回路(たとえば、リングオシレータ)を用いた手法があった。この手法では、電源電圧で駆動される発振回路の発振周波数を測定することで、電源電圧の変動の検出が行われる。   Conventionally, there has been a technique using an oscillation circuit (for example, a ring oscillator) in order to detect a fluctuation in power supply voltage due to the influence of noise generated in a semiconductor integrated circuit. In this method, the fluctuation of the power supply voltage is detected by measuring the oscillation frequency of the oscillation circuit driven by the power supply voltage.

特開平8−18339号公報JP-A-8-18339 特開2010−103971号公報JP 2010-103971 A 特開平8−68814号公報JP-A-8-68814

発振回路を用いた従来の手法では、電源電圧の変動に対する発振周波数の変動が小さく、電圧センサとしての検出感度が小さいという問題があった。   The conventional method using the oscillation circuit has a problem that the fluctuation of the oscillation frequency with respect to the fluctuation of the power supply voltage is small and the detection sensitivity as a voltage sensor is small.

発明の一観点によれば、動作電圧を受けて発振動作を行う発振回路と、検出対象の電圧を下げて前記動作電圧を生成する動作電圧生成部と、前記発振回路の発振周波数を測定することで前記電圧の変動を検出する変動検出部と、を有する電圧変動検出回路が提供される。   According to one aspect of the invention, an oscillation circuit that performs an oscillation operation in response to an operation voltage, an operation voltage generation unit that generates the operation voltage by lowering a voltage to be detected, and an oscillation frequency of the oscillation circuit are measured A voltage fluctuation detection circuit is provided that includes a fluctuation detection unit that detects fluctuations in the voltage.

また、発明の一観点によれば、動作電圧を受けて発振動作を行う発振回路と、検出対象の電圧を下げて前記動作電圧を生成する動作電圧生成部と、前記発振回路の発振周波数を測定することで前記電圧の変動を検出する変動検出部と、を備えた電圧変動検出回路、を有する半導体集積回路が提供される。   According to another aspect of the invention, an oscillation circuit that receives an operating voltage to perform an oscillation operation, an operating voltage generation unit that generates the operating voltage by lowering a voltage to be detected, and an oscillation frequency of the oscillation circuit are measured Thus, there is provided a semiconductor integrated circuit having a voltage fluctuation detecting circuit including a fluctuation detecting unit that detects the voltage fluctuation.

開示の電圧変動検出回路及び半導体集積回路によれば、電圧の変動を検出する感度を上げることができる。   According to the disclosed voltage fluctuation detection circuit and semiconductor integrated circuit, it is possible to increase sensitivity for detecting voltage fluctuation.

第1の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to a first embodiment; 第2の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の電圧変動検出回路の1つ目の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the 1st operation example of the voltage variation detection circuit of 2nd Embodiment. 図3の一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of FIG. 第2の実施の形態の電圧変動検出回路の2つ目の動作例を示すタイミングチャートである。12 is a timing chart illustrating a second operation example of the voltage variation detection circuit according to the second embodiment. 動作電圧生成部のPSRRの違いによる発振回路の動作電圧VDDVの電源電圧VDD依存性のシミュレーション結果例を示す図である。It is a figure which shows the example of a simulation result of the power supply voltage VDD dependence of the operating voltage VDDV of the oscillation circuit by the difference in PSRR of an operating voltage generation part. 動作電圧生成部の有無による発振回路の発振周波数fと発振周波数変動率λの電源電圧VDD依存性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the power supply voltage VDD dependence of the oscillation frequency f of the oscillation circuit by the presence or absence of an operating voltage production | generation part, and the oscillation frequency fluctuation rate (lambda). 第3の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の電圧変動検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。12 is a timing chart illustrating an operation example of the voltage variation detection circuit according to the third embodiment. 動作電圧生成部のPSRRの違いによる発振回路の動作電圧VCCVの電圧VCC依存性のシミュレーション結果例を示す図である。It is a figure which shows the example of a simulation result of the voltage V CC dependence of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit due to the difference in PSRR of the operating voltage generator. 動作電圧生成部の有無による発振回路の発振周波数fと発振周波数変動率λの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the voltage VCC dependence of the oscillation frequency f of the oscillation circuit by the presence or absence of an operating voltage generation part, and the oscillation frequency fluctuation rate (lambda). 第4の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 4th Embodiment. 第4の実施の形態の電圧変動検出回路の発振回路の動作電圧VCCVの電圧VCC依存性のシミュレーション結果例を示す図である。It is a figure which shows the example of a simulation result of the voltage VCC dependence of the operating voltage VCCC of the oscillation circuit of the voltage variation detection circuit of 4th Embodiment. 動作電圧生成部の有無による発振回路の発振周波数fと発振周波数変動率λの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the voltage VCC dependence of the oscillation frequency f of the oscillation circuit by the presence or absence of an operating voltage generation part, and the oscillation frequency fluctuation rate (lambda). 第5の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 5th Embodiment. 動作電圧生成部と発振回路を抵抗成分と容量成分で表した回路である。This is a circuit in which an operating voltage generation unit and an oscillation circuit are represented by a resistance component and a capacitance component. 電圧VCCと発振回路の動作電圧VCCVの過渡応答の一例の様子を示す図である。Is a diagram showing an example state of the transient response of the operating voltage V CCV voltage V CC and the oscillation circuit. 第6の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 6th Embodiment. 発振回路に含まれるpMOSの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of pMOS contained in an oscillation circuit. 第6の実施の形態の電圧変動検出回路の発振回路の動作電圧VCCVの電圧VCC依存性のシミュレーション結果例を示す図である。It is a figure which shows the example of a simulation result of the voltage VCC dependence of the operating voltage VCCC of the oscillation circuit of the voltage variation detection circuit of 6th Embodiment. 発振回路の発振周波数fと発振周波数変動率λの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the voltage VCC dependence of the oscillation frequency f of an oscillation circuit, and the oscillation frequency variation rate (lambda). 第7の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 7th Embodiment. 第7の実施の形態の電圧変動検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。16 is a timing chart illustrating an operation example of the voltage variation detection circuit according to the seventh embodiment. 第8の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 8th Embodiment. 第9の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 9th Embodiment. 発振回路に含まれるnMOSの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of nMOS contained in an oscillation circuit. 第10の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor integrated circuit and voltage fluctuation detection circuit of 10th Embodiment. 第10の実施の形態の電圧変動検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the voltage fluctuation detection circuit of 10th Embodiment.

以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the first embodiment.

半導体集積回路1は、配線(電源配線)vdd、配線(接地線)vssと、電圧変動検出回路10を有している。第1の実施の形態の半導体集積回路1の例では、配線vddは電源電位となっており、配線vssは基準電位(接地電位)となっているものとする。なお、波形w1は、配線vddに接続されたノイズ源nsによる、電源電位の変化を示している。   The semiconductor integrated circuit 1 includes a wiring (power supply wiring) vdd, a wiring (ground line) vss, and a voltage fluctuation detection circuit 10. In the example of the semiconductor integrated circuit 1 according to the first embodiment, it is assumed that the wiring vdd has a power supply potential and the wiring vss has a reference potential (ground potential). Note that the waveform w1 indicates a change in the power supply potential due to the noise source ns connected to the wiring vdd.

第1の実施の形態の電圧変動検出回路10は、配線vddと配線vss間の電圧(電源電圧)の変動を検出するものであり、発振回路11、動作電圧生成部12、変動検出部13、レベルシフタ14を有している。   The voltage fluctuation detection circuit 10 of the first embodiment detects fluctuations in the voltage (power supply voltage) between the wiring vdd and the wiring vss. The oscillation circuit 11, the operating voltage generation unit 12, the fluctuation detection unit 13, A level shifter 14 is provided.

発振回路11は、動作電圧生成部12で生成される動作電圧を受けて発振動作を行う。発振回路11の出力信号(発振信号)は、レベルシフタ14を介して変動検出部13に入力される。また、発振回路11は、配線vssに接続されている。発振回路11は、たとえば、リングオシレータなどである。   The oscillation circuit 11 performs an oscillation operation in response to the operation voltage generated by the operation voltage generation unit 12. An output signal (oscillation signal) of the oscillation circuit 11 is input to the fluctuation detection unit 13 via the level shifter 14. The oscillation circuit 11 is connected to the wiring vss. The oscillation circuit 11 is, for example, a ring oscillator.

動作電圧生成部12は、検出対象の電圧を下げて発振回路11とレベルシフタ14の動作電圧を生成する。電圧変動検出回路10の例では、検出対象の電圧は電源電圧である。動作電圧生成部12は、配線vddに接続されており、配線vddの電位よりも低い電圧を生成し、その電圧を発振回路11の動作電圧として、発振回路11に供給する。このように動作電圧生成部12は、電源電圧を下げる降圧回路として機能する。   The operating voltage generator 12 generates operating voltages for the oscillation circuit 11 and the level shifter 14 by reducing the voltage to be detected. In the example of the voltage fluctuation detection circuit 10, the voltage to be detected is a power supply voltage. The operating voltage generation unit 12 is connected to the wiring vdd, generates a voltage lower than the potential of the wiring vdd, and supplies the voltage to the oscillation circuit 11 as the operating voltage of the oscillation circuit 11. In this way, the operating voltage generator 12 functions as a step-down circuit that lowers the power supply voltage.

なお、動作電圧生成部12は、検出対象の電圧の変動に応じて変動する動作電圧を生成する。つまり、動作電圧生成部12は、電源電圧の変動を、生成する発振回路11の動作電圧に伝える。このため、動作電圧生成部12は、PSRR(Power Supply Rejection Ratio)が小さいことが望ましい。電源電圧の変動が、発振回路11の発振周波数に与える影響を大きくし、変動検出部13での検出精度を上げるためである。また、PSRRが小さいと、消費電力を小さくできる効果もある(詳細は後述の式(6)、(8)など参照)。本例の場合、PSRRは、配線vddの電位の変化/動作電圧の変化、で表される。PSRRの小さい動作電圧生成部12の例としては、自身のゲートとドレインが接続された(ダイオード接続された)MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)がある。   The operating voltage generator 12 generates an operating voltage that varies according to the variation in the voltage to be detected. That is, the operating voltage generation unit 12 transmits the fluctuation of the power supply voltage to the operating voltage of the oscillation circuit 11 to be generated. For this reason, it is desirable that the operating voltage generation unit 12 has a small PSRR (Power Supply Rejection Ratio). This is because the influence of the fluctuation of the power supply voltage on the oscillation frequency of the oscillation circuit 11 is increased, and the detection accuracy in the fluctuation detector 13 is increased. In addition, when PSRR is small, there is an effect that power consumption can be reduced (for details, see formulas (6) and (8) described later). In the case of this example, PSRR is expressed by a change in potential of the wiring vdd / change in operating voltage. An example of the operating voltage generator 12 having a low PSRR is a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having its gate and drain connected (diode-connected).

変動検出部13は、レベルシフタ14を介して送られてくる発振回路11の出力信号(一例が波形w2で示されている)を受け、発振回路11の発振周波数を測定することで、電圧の変動を検出する。検出結果は、電圧変動検出回路10の外に出力され、たとえば、半導体集積回路1の外部端子(図示せず)から出力される。変動検出部13は、たとえば、単位時間内の波形w2の立ち上がりエッジの個数をカウントし、その変化から、電圧の変動を検出する。たとえば、ノイズの影響により電圧が下がると、単位時間当たりのカウント数が小さくなる。   The fluctuation detecting unit 13 receives the output signal (an example is shown by the waveform w2) of the oscillation circuit 11 sent via the level shifter 14, and measures the oscillation frequency of the oscillation circuit 11 to thereby change the voltage. Is detected. The detection result is output outside the voltage fluctuation detection circuit 10 and is output from, for example, an external terminal (not shown) of the semiconductor integrated circuit 1. For example, the fluctuation detection unit 13 counts the number of rising edges of the waveform w2 within a unit time, and detects a voltage fluctuation from the change. For example, when the voltage decreases due to the influence of noise, the number of counts per unit time decreases.

レベルシフタ14は、発振回路11の出力信号の振幅を、変動検出部13の動作電圧の振幅に応じて調整する。第1の実施の形態の電圧変動検出回路10の例では、変動検出部13は、配線vddの電位レベル(つまり電源電圧)で動作するものとしている。そのため、レベルシフタ14は、配線vddに接続されており、発振回路11の降圧された出力信号の振幅を、配線vddの電位レベルに変更する。これにより、変動検出部13では、発振周波数を精度よく検出できる。なお、たとえば、変動検出部13が、発振回路11の出力信号の信号レベルでも動作するものであり、発振回路11の出力信号を検出可能であれば、レベルシフタ14はなくてもよい。   The level shifter 14 adjusts the amplitude of the output signal of the oscillation circuit 11 according to the amplitude of the operating voltage of the fluctuation detector 13. In the example of the voltage fluctuation detection circuit 10 of the first embodiment, the fluctuation detection unit 13 is assumed to operate at the potential level (that is, the power supply voltage) of the wiring vdd. Therefore, the level shifter 14 is connected to the wiring vdd, and changes the amplitude of the stepped-down output signal of the oscillation circuit 11 to the potential level of the wiring vdd. Thereby, the fluctuation | variation detection part 13 can detect an oscillation frequency accurately. For example, the fluctuation detector 13 operates even at the signal level of the output signal of the oscillation circuit 11, and if the output signal of the oscillation circuit 11 can be detected, the level shifter 14 may be omitted.

このような、電圧変動検出回路10では、検出対象となる電圧を小さくした動作電圧で発振回路11を動作させるため、発振回路11の発振周波数変動率を大きくすることができる。発振周波数変動率は、電圧変動検出回路10において電圧変動を検出できる感度となるため、発振周波数変動率を大きくすることで感度を上げられる。また、発振周波数変動率を大きくすることで、発振回路11の消費電力が抑えられ、結果として、電圧変動検出回路10及び半導体集積回路1の消費電力が抑えられる。   In such a voltage fluctuation detection circuit 10, the oscillation circuit 11 is operated with an operating voltage in which the voltage to be detected is reduced, so that the oscillation frequency fluctuation rate of the oscillation circuit 11 can be increased. Since the oscillation frequency variation rate is a sensitivity with which the voltage variation detection circuit 10 can detect the voltage variation, the sensitivity can be increased by increasing the oscillation frequency variation rate. Further, by increasing the oscillation frequency variation rate, the power consumption of the oscillation circuit 11 can be suppressed, and as a result, the power consumption of the voltage variation detection circuit 10 and the semiconductor integrated circuit 1 can be suppressed.

以下その理由を、数式を用いて説明する。
なお、以下の式(1)〜(7)では、発振回路11の動作電圧が電源電圧VDDであるとし、電源電圧VDDの大きさと消費エネルギーEtotalの関係を説明する。
The reason will be described below using mathematical expressions.
In the following formulas (1) to (7), assuming that the operating voltage of the oscillation circuit 11 is the power supply voltage V DD , the relationship between the magnitude of the power supply voltage V DD and the consumed energy E total will be described.

発振回路11として、たとえば、リングオシレータを仮定すると、発振回路11の発振周波数froscは、たとえば、以下の式(1)で表される。 Assuming that, for example, a ring oscillator is used as the oscillation circuit 11, the oscillation frequency f rosc of the oscillation circuit 11 is expressed by the following equation (1), for example.

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(1)で、2N+1は、発振回路11に含まれるインバータ回路の段数、τは、インバータ回路の信号伝搬遅延である。一方、インバータ回路の信号伝搬遅延τは、以下の式(2)で表される。   In Expression (1), 2N + 1 is the number of stages of the inverter circuit included in the oscillation circuit 11, and τ is the signal propagation delay of the inverter circuit. On the other hand, the signal propagation delay τ of the inverter circuit is expressed by the following equation (2).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(2)で、βは、β=μCox(W/L)(μは電子の移動度、Cox,W,Lは、発振回路11に用いられるトランジスタの単位面積当たりのゲート容量、ゲート幅、ゲート長)である。Kは比例係数、VDDは電源電圧、Vthはトランジスタの閾値電圧、αは短チャネル効果に依存し経験的に与えられる値であり、1〜2程度の値となる。Cinvはインバータ回路1個当たりを駆動する時にみえる平均的な負荷容量である。
式(2)を式(1)に代入すると、以下の式(3)が導かれる。
In Expression (2), β is β = μCox (W / L) (μ is the mobility of electrons, Cox, W, and L are gate capacitance per unit area of the transistor used in the oscillation circuit 11, gate width, Gate length). K is a proportional coefficient, V DD is a power supply voltage, V th is a threshold voltage of the transistor, α is a value given empirically depending on the short channel effect, and is a value of about 1-2. Cinv is an average load capacity seen when driving one inverter circuit.
Substituting equation (2) into equation (1) leads to the following equation (3).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(3)を用いれば、電圧変動検出回路10の消費エネルギーEtotalを、たとえば、以下の式(4)で表すことができる。 If Expression (3) is used, the energy consumption E total of the voltage fluctuation detection circuit 10 can be expressed by the following Expression (4), for example.

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(4)でErosc、Ecounterは、それぞれ発振回路11の消費エネルギーと変動検出部13の消費エネルギーを示している。また、αgateは変動検出部13の動作率、ngateは変動検出部13のゲート数、Cgateは、変動検出回路13に含まれる論理ゲート回路1個当たりを駆動する時にみえる平均的な負荷容量を示している。Tmeasは測定時間を示している。 In equation (4), E rosc and E counter indicate the energy consumption of the oscillation circuit 11 and the energy consumption of the fluctuation detection unit 13, respectively. Further, α gate is the operation rate of the fluctuation detection unit 13, n gate is the number of gates of the fluctuation detection unit 13, and C gate is an average load that can be seen when driving one logic gate circuit included in the fluctuation detection circuit 13. Indicates capacity. T meas indicates the measurement time.

式(4)のように、消費エネルギーEtotalは、測定時間Tmeasに比例している。
一方で、発振周波数froscと測定時間Tmeasと測定精度Sとの間には以下の式(5)で表される関係が成り立つ。
As in equation (4), the energy consumption E total is proportional to the measurement time T meas .
On the other hand, the relationship represented by the following equation (5) holds among the oscillation frequency f rosc , the measurement time T meas, and the measurement accuracy S.

Figure 2014106112
Figure 2014106112

測定精度Sは、式(5)のように発振周波数froscと測定時間Tmeasに比例する。変動検出部13でカウンタを用いた場合には、たとえば、波形w2の立ち上がりエッジのカウント値Countの電源電圧VDDによる変動率(微分値)として定義される。λ(VDD,Vth)は、感度(発振周波数変動率)である。式(4)と式(5)から、消費エネルギーEtotalと、測定精度S、発振周波数変動率λは、以下の式(6)のような関係が成り立つ。 The measurement accuracy S is proportional to the oscillation frequency f rosc and the measurement time T meas as shown in Equation (5). In the case of using the counter with the fluctuation detecting unit 13, for example, variation rate due to power supply voltage V DD of the count value C ount of the rising edge of the waveform w2 (differential value) is defined as. λ (V DD , V th ) is sensitivity (oscillation frequency fluctuation rate). From the equations (4) and (5), the energy consumption E total , the measurement accuracy S, and the oscillation frequency fluctuation rate λ have the following relationship (6).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(6)のように、測定精度Sが一定の条件では、消費エネルギーEtotalは、発振周波数変動率λが大きいほど小さくなる。
ここで、発振周波数変動率λに着目して式(5)を変形すると、ある電源電圧VDD、閾値電圧Vthのときの発振周波数変動率λ(VDD,Vth)は、以下の式(7)のように表せる。
As in Expression (6), under the condition where the measurement accuracy S is constant, the energy consumption E total decreases as the oscillation frequency variation rate λ increases.
Here, when the equation (5) is modified by paying attention to the oscillation frequency variation rate λ, the oscillation frequency variation rate λ (V DD , V th ) at a certain power supply voltage V DD and threshold voltage V th is expressed by the following equation: It can be expressed as (7).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(7)から、電源電圧VDDを小さくするか閾値電圧Vthを大きくすれば、発振周波数変動率λ(VDD,Vth)を大きくすることができる。
第1の実施の形態の電圧変動検出回路10では、動作電圧生成部12が、電源電圧VDD(配線vddと配線vssとの間の電位差)を小さくして、発振回路11の動作電圧とするため、発振回路11の発振周波数変動率λを大きくできる。
From equation (7), if the power supply voltage V DD is decreased or the threshold voltage V th is increased, the oscillation frequency variation rate λ (V DD , V th ) can be increased.
In the voltage variation detection circuit 10 according to the first embodiment, the operating voltage generation unit 12 reduces the power supply voltage V DD (potential difference between the wiring vdd and the wiring vss) to be the operating voltage of the oscillation circuit 11. Therefore, the oscillation frequency variation rate λ of the oscillation circuit 11 can be increased.

そのため、式(6)から明らかなように、測定精度Sが一定の条件でも、電圧変動検出回路10の消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力の削減が可能となる。
なお、第1の実施の形態の電圧変動検出回路10において、発振周波数変動率λは、以下の式(8)のように表すこともできる。
Therefore, as is clear from the equation (6), even when the measurement accuracy S is constant, the energy consumption E total of the voltage fluctuation detection circuit 10 can be reduced, and the power consumption can be reduced.
In the voltage fluctuation detection circuit 10 of the first embodiment, the oscillation frequency fluctuation rate λ can also be expressed as the following formula (8).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(8)においてVDDVは、動作電圧生成部12において電源電圧VDDが降圧されることにより生成された動作電圧である。電源電圧VDDの変化分/動作電圧VDDVの変化分が前述したPSRRである。式(8)から明らかなように、PSRRを小さくすることでも、発振周波数変動率λを上げられ、電圧変動検出回路10の消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力の削減が可能となる。 In Expression (8), V DDV is an operating voltage generated by reducing the power supply voltage V DD in the operating voltage generator 12. The amount of change in power supply voltage V DD / the amount of change in operating voltage V DDV is the aforementioned PSRR. As is clear from the equation (8), by reducing PSRR, the oscillation frequency fluctuation rate λ can be increased, the energy consumption E total of the voltage fluctuation detection circuit 10 can be reduced, and the power consumption can be reduced.

また、式(4)に示したように、リングオシレータを用いた発振回路11の消費電力は、インバータ回路の段数に比例するため(上記式(6)の測定時間Tmeasはインバータ回路の段数によって決まってくる)、消費電力を抑えたい場合は、インバータ回路の段数を減らせばよい。式(3)に示したように、インバータ回路の段数はインバータ回路の遅延時間に逆比例するから、消費電力を抑えるためには、インバータの遅延時間を大きくしてインバータ回路の段数を減らせばよい。インバータ回路の遅延時間は、発振回路の動作電圧を下げるか閾値電圧Vthを上昇させることで大きくすることができるため、上記の手法で、動作電圧を小さくできることで、消費電力を抑えることができる。 Further, as shown in the equation (4), the power consumption of the oscillation circuit 11 using the ring oscillator is proportional to the number of stages of the inverter circuit (the measurement time T meas in the above equation (6) depends on the number of stages of the inverter circuit). In order to reduce power consumption, the number of inverter circuits can be reduced. As shown in Equation (3), the number of stages of the inverter circuit is inversely proportional to the delay time of the inverter circuit. Therefore, in order to suppress power consumption, the delay time of the inverter is increased to reduce the number of stages of the inverter circuit. . Since the delay time of the inverter circuit can be increased by lowering the operating voltage of the oscillation circuit or increasing the threshold voltage V th , power consumption can be suppressed by reducing the operating voltage with the above method. .

(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the second embodiment.

半導体集積回路1aは、配線(電源配線)vdd、配線(接地線)vssと、電圧変動検出回路10a、制御信号発生部20、基準クロック発生部21を有している。第2の実施の形態の半導体集積回路1aの例でも、配線vddは電源電位であり、配線vssは基準電位(接地電位)であるものとする。   The semiconductor integrated circuit 1a includes a wiring (power supply wiring) vdd, a wiring (grounding line) vss, a voltage fluctuation detection circuit 10a, a control signal generator 20, and a reference clock generator 21. Also in the example of the semiconductor integrated circuit 1a of the second embodiment, the wiring vdd is a power supply potential, and the wiring vss is a reference potential (ground potential).

電圧変動検出回路10aは、発振回路11a、動作電圧生成部12a、変動検出部13a、レベルシフタ14aを有している。
発振回路11aは、発振制御機能をもつリングオシレータとして機能し、NAND回路111と複数のインバータ回路112を有している。NAND回路111の一方の入力端子には、制御信号発生部20からの制御信号が入力され、制御信号の値に応じてリングオシレータでの発振が制御される。図2では、図示の煩雑化を避けるためNAND回路111と一部のインバータ回路112を動作電圧生成部12aに接続しているが、NAND回路111と各インバータ回路112には、動作電圧生成部12aで降圧された電源電圧が供給される。また、図示を省略しているが、NAND回路111と各インバータ回路112には、配線vssが接続されている。
The voltage fluctuation detection circuit 10a includes an oscillation circuit 11a, an operating voltage generation unit 12a, a fluctuation detection unit 13a, and a level shifter 14a.
The oscillation circuit 11a functions as a ring oscillator having an oscillation control function, and includes a NAND circuit 111 and a plurality of inverter circuits 112. A control signal from the control signal generator 20 is input to one input terminal of the NAND circuit 111, and oscillation in the ring oscillator is controlled according to the value of the control signal. In FIG. 2, the NAND circuit 111 and a part of the inverter circuits 112 are connected to the operation voltage generation unit 12 a in order to avoid complication of the illustration. However, the operation voltage generation unit 12 a is connected to the NAND circuit 111 and each inverter circuit 112. The power supply voltage stepped down at is supplied. Further, although not shown, the wiring vss is connected to the NAND circuit 111 and each inverter circuit 112.

このような発振回路11aは、制御信号が“1”のとき、動作電圧生成部12aで生成される動作電圧を受けて発振動作を行う。制御信号が“0”のときは、NAND回路111の出力は“1”に固定されるため、発振動作は行われない。発振回路11aの発振周波数は、たとえば、インバータ回路112の段数により調整される。   When the control signal is “1”, the oscillation circuit 11a performs an oscillation operation by receiving the operation voltage generated by the operation voltage generation unit 12a. When the control signal is “0”, the output of the NAND circuit 111 is fixed to “1”, so that the oscillation operation is not performed. The oscillation frequency of the oscillation circuit 11a is adjusted by the number of stages of the inverter circuit 112, for example.

なお、発振回路11aは、特にリングオシレータに限定されることはなく、動作電圧を受けて発振動作を行うものであればよい。
動作電圧生成部12aは、第2の実施の形態の電圧変動検出回路10の例でも、配線vddに接続されており、電源電圧を下げて、発振回路11aとレベルシフタ14aの動作電圧を生成する。第2の実施の形態の電圧変動検出回路10aの例では、動作電圧生成部12aは、電源電圧を下げる降圧回路として機能する。図2に示されているように、動作電圧生成部12aは、ダイオード接続されたpチャネル型MOSFET(以下pMOSと略す)121を有している。pMOS121のソースは配線vddに接続されており、ドレインは発振回路11aとレベルシフタ14aに接続されている。さらにpMOS121のゲートは自身のドレインに接続されており、バックゲートは自身のソースに接続されている。
The oscillation circuit 11a is not particularly limited to a ring oscillator, and may be any circuit that receives an operating voltage and performs an oscillation operation.
The operating voltage generation unit 12a is also connected to the wiring vdd in the example of the voltage variation detection circuit 10 of the second embodiment, and generates the operating voltage of the oscillation circuit 11a and the level shifter 14a by reducing the power supply voltage. In the example of the voltage variation detection circuit 10a of the second embodiment, the operating voltage generation unit 12a functions as a step-down circuit that lowers the power supply voltage. As shown in FIG. 2, the operating voltage generator 12a has a diode-connected p-channel MOSFET (hereinafter abbreviated as pMOS) 121. The source of the pMOS 121 is connected to the wiring vdd, and the drain is connected to the oscillation circuit 11a and the level shifter 14a. Furthermore, the gate of the pMOS 121 is connected to its own drain, and the back gate is connected to its source.

なお、動作電圧生成部12aは、ダイオード接続されたnチャネル型MOSFET(以下nMOSと略す)であってもよい。その場合、nMOSのドレインが配線vdd及び自身のゲートに接続され、ソースが発振回路11aに接続される。   The operating voltage generator 12a may be a diode-connected n-channel MOSFET (hereinafter abbreviated as nMOS). In that case, the drain of the nMOS is connected to the wiring vdd and its gate, and the source is connected to the oscillation circuit 11a.

変動検出部13aは、カウンタ131、記憶部(以下、記憶部の一例としてレジスタとして説明する)132を有している。
カウンタ131は、発振回路11aの発振回数をカウントする。図2に示されているように、カウンタ131は、レベルシフタ14aを介して送られてくる発振回路11aの出力信号を端子cclkで受ける。そして、カウンタ131は、たとえば、一定期間内の出力信号の立ち上がりエッジの個数をカウントすることで、発振回数をカウント値として出力する。カウンタ131は、端子resetで、基準クロック発生部21で発生された基準クロック(たとえば、システムクロック)を受ける。そして、カウンタ131は、たとえば、基準クロックの立ち上がりを検出すると、カウント値を“0”にリセットする。つまり、一定期間(基準クロックの周期)ごとに、カウント値がリセットされる。
The fluctuation detection unit 13a includes a counter 131 and a storage unit (hereinafter, described as a register as an example of a storage unit) 132.
The counter 131 counts the number of oscillations of the oscillation circuit 11a. As shown in FIG. 2, the counter 131 receives the output signal of the oscillation circuit 11a sent via the level shifter 14a at the terminal cclk. The counter 131 outputs the number of oscillations as a count value, for example, by counting the number of rising edges of the output signal within a certain period. The counter 131 receives a reference clock (for example, a system clock) generated by the reference clock generator 21 at a terminal reset. For example, when the rising of the reference clock is detected, the counter 131 resets the count value to “0”. That is, the count value is reset every fixed period (period of the reference clock).

レジスタ132は、基準クロックに同期して、カウンタ131のカウント値を取り込む。また、レジスタ132は、取り込んだカウント値を出力する。
なお、変動検出部13aは、図2のようなものに特に限定されるものではなく、発振周波数の変動を検出できるようなものであればよい。
The register 132 captures the count value of the counter 131 in synchronization with the reference clock. The register 132 outputs the fetched count value.
The fluctuation detector 13a is not particularly limited to that shown in FIG. 2, and may be any one that can detect fluctuations in the oscillation frequency.

レベルシフタ14aは、発振回路11aの出力信号の振幅を、変動検出部13aの動作電圧の振幅に応じて調整する。第2の実施の形態の電圧変動検出回路10aの例でも、変動検出部13aは、配線vddの電位レベルで動作するものとしている。そのため、レベルシフタ14aは、配線vddに接続されており、発振回路11aの出力信号の信号レベルを、配線vddの電位レベルに変更する。これにより、変動検出部13aでは、発振周波数を精度よく検出できる。なお、たとえば、変動検出部13aが、発振回路11aの出力信号の信号レベルでも動作するものであり、発振回路11aの出力信号を検出可能であれば、レベルシフタ14aはなくてもよい。   The level shifter 14a adjusts the amplitude of the output signal of the oscillation circuit 11a according to the amplitude of the operating voltage of the fluctuation detecting unit 13a. Also in the example of the voltage fluctuation detection circuit 10a of the second embodiment, the fluctuation detection unit 13a operates at the potential level of the wiring vdd. Therefore, the level shifter 14a is connected to the wiring vdd, and changes the signal level of the output signal of the oscillation circuit 11a to the potential level of the wiring vdd. Thereby, the fluctuation | variation detection part 13a can detect an oscillation frequency accurately. For example, the fluctuation detector 13a operates even at the signal level of the output signal of the oscillation circuit 11a. If the output signal of the oscillation circuit 11a can be detected, the level shifter 14a may be omitted.

図3は、第2の実施の形態の電圧変動検出回路の1つ目の動作例を示すタイミングチャートである。
図3では、配線vddと配線vss間の電位差、動作電圧生成部12aと発振回路11a間を結ぶ配線vddvと配線vss間の電位差、制御信号発生部20で発生される制御信号rsenの様子が示されている。さらに、カウンタ131の端子cclkの電位(レベルシフタ14aの出力信号の電位)、カウンタ131のカウント値Count、カウンタ131の端子rclkの電位(基準クロックの電位)、レジスタ132の値が示されている。なお、カウント値Countの値の例については、細かくなりすぎるため、図3では図示を省略している。
FIG. 3 is a timing chart illustrating a first operation example of the voltage variation detection circuit according to the second embodiment.
FIG. 3 shows the potential difference between the wiring vdd and the wiring vss, the potential difference between the wiring vddv and the wiring vss connecting the operating voltage generator 12a and the oscillation circuit 11a, and the state of the control signal rsen generated by the control signal generator 20. Has been. Moreover, (the potential of the output signal of the level shifter 14a) terminal cclk the potential of the counter 131, the count value C ount of the counter 131, the terminal rclk counter 131 potential (potential of the reference clock), the value of the register 132 is shown . Incidentally, an example of the count value C ount, because too fine, not shown in FIG.

制御信号rsenがL(Low)レベルのときは、発振回路11aは発振せず、端子cclkの電位はHレベルに固定されている。そのため、カウント値Countは“0”であり、端子rclkの電位が立ち上がると(タイミングt1)、レジスタ132は、“0”を取り込む。 When the control signal rsen is at L (Low) level, the oscillation circuit 11a does not oscillate, and the potential of the terminal cclk is fixed at H level. Therefore, the count value C ount is "0", the potential of the terminal rclk rises (the timing t1), the register 132 takes in the "0".

制御信号rsenがHレベルに立ち上がると(タイミングt2)、発振回路11aは発振を開始する。これにより、カウンタ131は端子cclkの電位の立ち上がりをカウントしていく。そして、レジスタ132は、端子rclkの電位の立ち上がりタイミング(タイミングt3)に同期して、カウント値Count(図3の例では“80”)を取り込む。以下同様の動作が行われる。タイミングt4の部分を拡大した様子を以下に示す。 When the control signal rsen rises to H level (timing t2), the oscillation circuit 11a starts oscillation. Thereby, the counter 131 counts rising of the potential of the terminal cclk. Then, the register 132, in synchronization with the rising timing of the potential of the terminal rclk (timing t3), captures the count value C ount (in the example of FIG. 3 "80"). Thereafter, the same operation is performed. An enlarged view of the timing t4 portion is shown below.

図4は、図3の一部を拡大した図である。
カウント値Countは、端子rclkの電位の立ち上がりタイミングt4でリセットされ“0”になり、リセット直前のカウント値Countである“105”は、レジスタ132に取り込まれる。
FIG. 4 is an enlarged view of a part of FIG.
Count value C ount is reset at the rising timing t4 of the potential of the terminal rclk becomes "0", the count value C ount immediately before reset "105" is taken into the register 132.

図3のように、たとえば、ノイズがなく、配線vddと配線vss間の電位差(電源電圧)がほとんど変動しない場合には、レジスタ132に格納されるカウント値Countは、ほぼ同じ値となる。 As in Figure 3, for example, noiseless, when the potential difference between the wiring vdd wiring vss (power supply voltage) hardly vary, the count value C ount stored in the register 132 is substantially equal.

図5は、第2の実施の形態の電圧変動検出回路の2つ目の動作例を示すタイミングチャートである。図示されている信号の種類については、図3に示したものと同じである。
図5の例では、タイミングt10〜t12の間で、配線vddと配線vss間の電位差が、たとえば、電源ノイズなどの影響により小さくなっている(電圧降下が生じている)。
FIG. 5 is a timing chart illustrating a second operation example of the voltage variation detection circuit according to the second embodiment. The types of signals shown are the same as those shown in FIG.
In the example of FIG. 5, between timings t10 and t12, the potential difference between the wiring vdd and the wiring vss is reduced due to, for example, power supply noise (voltage drop occurs).

このとき、配線vddvと配線vss間の電位差も小さくなり、この変化を受けて、発振回路11aの発振周波数が小さくなる。これにより端子rclkの電位の立ち上がりから次の立ち上がりまでの間のカウント値Countが小さくなる。図5の例では、タイミングt11で、端子rclkの電位が立ち上がったときにレジスタ132に取り込まれるカウント値Countが“105”から“85”に減少している。タイミングt12において配線vddと配線vss間の電位差が元に戻ると、配線vddvと配線vss間の電位差、発振回路11aの発振周波数も元に戻る。これによりカウント値Countも“65”から、“90”、“105”とタイミングt10以前の値に戻っていく。 At this time, the potential difference between the wiring vddv and the wiring vss is also reduced, and in response to this change, the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a is reduced. Thus the count value C ount between the rise of potential of the terminal rclk to the next rising decreases. In the example of FIG. 5, at the timing t11, the count value C ount is taken into the register 132 when the potential of the terminal rclk rises is reduced to "85" to "105". When the potential difference between the wiring vdd and the wiring vss is restored at the timing t12, the potential difference between the wiring vddv and the wiring vss and the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a are also restored. Thus the count value C ount be "65", "90", "105" and go back to the timing t10 previous value.

レジスタ132に取り込まれたカウント値Countは、基準クロックに同期して、複数ビットの情報として、たとえば、半導体集積回路1aの図示しない外部端子から出力される。たとえば、ユーザは、出力されたカウント値Countの変化を検出することで、電源電圧の変動を検出することができる。 Count value C ount taken into the register 132, in synchronization with the reference clock, as a plurality of bits of information, for example, is output from the external terminal (not shown) of the semiconductor integrated circuit 1a. For example, the user, by detecting the change in the output count value C ount, it is possible to detect the fluctuation of the power supply voltage.

以下、第2の実施の形態の電圧変動検出回路10aの効果を説明する。
図6は、動作電圧生成部のPSRRの違いによる発振回路の動作電圧VDDVの電源電圧VDD依存性のシミュレーション結果例を示す図である。縦軸は発振回路の動作電圧VDDV[V]を示し、横軸は電源電圧VDD[V]を示している。
Hereinafter, the effect of the voltage fluctuation detection circuit 10a of the second embodiment will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a simulation result example of the dependency of the operating voltage V DDV of the oscillation circuit on the power supply voltage V DD due to the difference in PSRR of the operating voltage generator. The vertical axis represents the operating voltage V DDV [V] of the oscillation circuit, and the horizontal axis represents the power supply voltage V DD [V].

なお、シミュレーション条件として、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を256MHz程度としている。シミュレーション結果V1は、動作電圧生成部12aのPSRRが100であると仮定した場合の、動作電圧VDDVの電源電圧VDD依存性を示している。シミュレーション結果V2は、図2に示したようなpMOS121を適用した動作電圧生成部12a(PSRR≒1.3)を適用した場合の、動作電圧VDDVの電源電圧VDD依存性を示している。 As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the power supply voltage V DD is 1.2 V is about 256 MHz. The simulation result V1 indicates the dependency of the operating voltage V DDV on the power supply voltage V DD when the PSRR of the operating voltage generator 12a is assumed to be 100. The simulation result V2 shows the dependency of the operating voltage V DDV on the power supply voltage V DD when the operating voltage generator 12a (PSRR≈1.3) to which the pMOS 121 as shown in FIG. 2 is applied.

シミュレーション結果V1に表されているように、PSRRが大きいと、電源電圧VDDが変化しても、動作電圧VDDVは、ほぼ変化しない。これに対して、PSRRが小さい動作電圧生成部12aを適用した場合のシミュレーション結果V2では、電源電圧VDDの変動が動作電圧VDDVに伝わっている。また、シミュレーション結果V2に表されているように、PSRRが小さい動作電圧生成部12aでも、電源電圧VDD=1.2[V]から、動作電圧VDDV=0.7V程度まで、降圧できている。 As shown in the simulation result V1, when PSRR is large, even if the power supply voltage V DD changes, the operating voltage V DDV hardly changes. On the other hand, in the simulation result V2 when the operating voltage generator 12a having a small PSRR is applied, the fluctuation of the power supply voltage V DD is transmitted to the operating voltage V DDV . Further, as shown in the simulation result V2, the operating voltage generator 12a having a small PSRR can step down from the power supply voltage V DD = 1.2 [V] to the operating voltage V DDV = 0.7V. Yes.

図7(A)は、動作電圧生成部の有無による発振回路の発振周波数fの電源電圧VDD依存性のシミュレーション結果を示す図である。また、図7(B)は、動作電圧生成部の有無による発振周波数変動率λの電源電圧VDD依存性のシミュレーション結果を示す図である。図7(A)において、横軸は電源電圧VDD[V]を示し、縦軸は発振周波数f[MHz]を示している。また、図7(B)において、横軸は電源電圧VDD[V]を示し、縦軸は発振周波数変動率λを示している。 FIG. 7A is a diagram showing a simulation result of the dependency of the oscillation frequency f of the oscillation circuit on the power supply voltage V DD depending on the presence or absence of the operating voltage generation unit. FIG. 7B is a diagram illustrating a simulation result of the dependency of the oscillation frequency variation rate λ on the power supply voltage V DD depending on the presence or absence of the operating voltage generation unit. In FIG. 7A, the horizontal axis indicates the power supply voltage V DD [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency f [MHz]. In FIG. 7B, the horizontal axis indicates the power supply voltage V DD [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency variation rate λ.

なお、シミュレーション条件として、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を256MHz程度としている。
図7(A)において、シミュレーション結果V3は、動作電圧生成部12aを設けずに電源電圧VDDを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電源電圧VDD依存性を示している。シミュレーション結果V4は、動作電圧生成部12aを設け、電源電圧VDDを降圧した動作電圧VDDVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電源電圧VDD依存性を示している。
As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the power supply voltage V DD is 1.2 V is about 256 MHz.
In FIG. 7 (A), the simulation results and V3, in the case of applying the power supply voltage V DD without providing the operating voltage generation unit 12a to the oscillating circuit 11a, the power supply voltage V DD dependence of the oscillation frequency f of the oscillation circuit 11a Show. The simulation result V4 shows the dependency of the oscillation frequency f of the oscillation circuit 11a on the power supply voltage V DD when the operation voltage generator 12a is provided and the operation voltage V DDV obtained by stepping down the power supply voltage V DD is applied to the oscillation circuit 11a. ing.

シミュレーション結果V3,V4に表されているように、動作電圧生成部12aを有した方が、電源電圧VDDの変化に対して発振周波数fが大きく変動する。
図7(B)において、シミュレーション結果V5は、動作電圧生成部12aを設けずに電源電圧VDDを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電源電圧VDD依存性を示している。シミュレーション結果V6は、動作電圧生成部12aを設け、電源電圧VDDを降圧した動作電圧VDDVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電源電圧VDD依存性を示している。
As shown in the simulation results V3 and V4, the oscillation frequency f greatly varies with the change of the power supply voltage V DD when the operating voltage generation unit 12a is provided.
In FIG. 7B, the simulation result V5 is dependent on the power supply voltage V DD of the oscillation frequency fluctuation rate λ of the oscillation circuit 11a when the power supply voltage V DD is applied to the oscillation circuit 11a without providing the operating voltage generation unit 12a. Showing sex. The simulation result V6 is dependent on the power supply voltage V DD of the oscillation frequency variation rate λ of the oscillation circuit 11a when the operation voltage generator 12a is provided and the operation voltage V DDV obtained by stepping down the power supply voltage V DD is applied to the oscillation circuit 11a. Is shown.

シミュレーション結果V5,V6に表されているように、動作電圧生成部12aを有した方が、発振周波数変動率λが大きくなる。つまり、電圧変動を検出する感度を向上できる。電源電圧VDDが1.2Vのとき、動作電圧生成部12aを有さない場合の発振周波数変動率λは、約1.3であるのに対して、動作電圧生成部12aを有する場合の発振周波数変動率λは、約4.3であり、約3.3倍である。 As shown in the simulation results V5 and V6, the oscillation frequency variation rate λ increases when the operating voltage generation unit 12a is provided. That is, the sensitivity for detecting voltage fluctuation can be improved. When the power supply voltage V DD is 1.2 V, the oscillation frequency variation rate λ without the operating voltage generator 12a is about 1.3, whereas the oscillation with the operating voltage generator 12a is performed. The frequency variation rate λ is about 4.3, which is about 3.3 times.

また、式(6)の関係から、測定精度Sが一定の条件では、動作電圧生成部12aを設けることで、動作電圧生成部12aを設けない場合よりも、消費エネルギーEtotalを約3.3分の1にすることができる。 Further, from the relationship of Expression (6), when the measurement accuracy S is constant, the operating voltage generator 12a is provided and the energy consumption E total is about 3.3 compared to the case where the operating voltage generator 12a is not provided. It can be reduced by a factor.

(第3の実施の形態)
図8は、第3の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage fluctuation detection circuit according to the third embodiment.

第3の実施の形態の半導体集積回路1bでは、電圧変動検出回路10bの動作電圧生成部12aは、電源電位となる配線vddではなく、任意の電位となる配線vccに接続されている。これにより動作電圧生成部12aは、配線vccの電位を下げ、配線vccと配線vss間の電位差を小さくしたものを動作電圧VCCVとして、配線vccvを介して発振回路11aに印加する。他は、第2の実施の形態の電圧変動検出回路10aと同様である。このような電圧変動検出回路10bでは、ノイズなどによる、配線vccの電位変動を検出することができる。 In the semiconductor integrated circuit 1b according to the third embodiment, the operating voltage generation unit 12a of the voltage fluctuation detection circuit 10b is connected to a wiring vcc having an arbitrary potential instead of the wiring vdd serving as a power supply potential. As a result, the operating voltage generator 12a lowers the potential of the wiring vcc and applies a voltage obtained by reducing the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss to the oscillation circuit 11a via the wiring vccv as the operating voltage V CCV . Others are the same as those of the voltage fluctuation detection circuit 10a of the second embodiment. Such a voltage fluctuation detection circuit 10b can detect a potential fluctuation of the wiring vcc due to noise or the like.

図9は、第3の実施の形態の電圧変動検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。
図9では、配線vccと配線vss間の電位差、動作電圧生成部12aと発振回路11a間を結ぶ配線vccvと配線vss間の電位差、制御信号発生部20で発生される制御信号rsenの様子が示されている。さらに、カウンタ131の端子cclkの電位(レベルシフタ14aの出力信号の電位)、カウンタ131のカウント値Count、カウンタ131の端子rclkの電位(基準クロックの電位)、レジスタ132の値が示されている。なお、カウント値Countの値の例については、細かくなりすぎるため、図9では図示を省略している。
FIG. 9 is a timing chart illustrating an operation example of the voltage variation detection circuit according to the third embodiment.
FIG. 9 shows the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss, the potential difference between the wiring vccv and the wiring vss connecting the operating voltage generating unit 12a and the oscillation circuit 11a, and the state of the control signal rsen generated by the control signal generating unit 20. Has been. Moreover, (the potential of the output signal of the level shifter 14a) terminal cclk the potential of the counter 131, the count value C ount of the counter 131, the terminal rclk counter 131 potential (potential of the reference clock), the value of the register 132 is shown . Incidentally, an example of the count value C ount, because too fine, not shown in FIG. 9.

図9の例では、タイミングt20〜t22の間で、配線vccと配線vss間の電位差が、たとえば、電源ノイズなどの影響により小さくなっている(電圧降下が生じている)。   In the example of FIG. 9, the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss is reduced between timings t20 and t22 due to, for example, the influence of power supply noise (voltage drop occurs).

このとき、配線vccvと配線vss間の電位差も小さくなり、この変化を受けて、発振回路11aの発振周波数が短くなる。これにより端子rclkの電位の立ち上がりから次の立ち上がりまでの間のカウント値Countが小さくなる。図9の例では、タイミングt21で、端子rclkの電位が立ち上がったときにレジスタ132に取り込まれるカウント値Countが“105”から“85”に減少している。タイミングt22において配線vccと配線vss間の電位差が元に戻ると、配線vccvと配線vss間の電位差、発振回路11aの発振周波数も元に戻る。これによりカウント値Countも“65”から、“90”、“105”とタイミングt20以前の値に戻っていく。 At this time, the potential difference between the wiring vccv and the wiring vss is also reduced, and in response to this change, the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a is shortened. Thus the count value C ount between the rise of potential of the terminal rclk to the next rising decreases. In the example of FIG. 9, at the timing t21, the count value C ount is taken into the register 132 when the potential of the terminal rclk rises is reduced to "85" to "105". When the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss is restored at the timing t22, the potential difference between the wiring vccv and the wiring vss and the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a are also restored. Thus the count value C ount be "65", "90", "105" and the timing t20 go back to its previous value.

レジスタ132に取り込まれたカウント値Countは、基準クロックに同期して、複数ビットの情報として、たとえば、半導体集積回路1bの図示しない外部端子から出力される。たとえば、ユーザは、出力されたカウント値Countの変化を検出することで、配線vccと配線vss間の電位差の変動を検出することができる。 Count value C ount taken into the register 132, in synchronization with the reference clock, as a plurality of bits of information, for example, is output from the external terminal (not shown) of the semiconductor integrated circuit 1b. For example, the user, by detecting the change in the output count value C ount, it is possible to detect the variation of the potential difference between the wiring vcc line vss.

以下、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bの効果を説明する。
図10は、動作電圧生成部のPSRRの違いによる発振回路の動作電圧VCCVの電圧VCC依存性のシミュレーション結果例を示す図である。縦軸は発振回路の動作電圧VCCV[V]を示し、横軸は配線vccと配線vssとの間の電圧VCC[V]を示している。
Hereinafter, the effect of the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment will be described.
FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result example of the voltage V CC dependency of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit due to the difference in PSRR of the operating voltage generation unit. The vertical axis represents the operating voltage V CCV [V] of the oscillation circuit, and the horizontal axis represents the voltage V CC [V] between the wiring vcc and the wiring vss.

なお、シミュレーション条件として、電圧VCC、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を256MHz程度としている。シミュレーション結果V10は、動作電圧生成部12aのPSRRが100であると仮定した場合の、発振回路11aの動作電圧VCCVの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V11は、図8に示したようなpMOS121を適用した動作電圧生成部12a(PSRR≒1.3)を適用した場合の、発振回路11aの動作電圧VCCVの電圧VCC依存性を示している。 As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the voltage V CC and the power supply voltage V DD are 1.2 V is about 256 MHz. The simulation result V10 indicates the dependence of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit 11a on the voltage V CC when it is assumed that the PSRR of the operating voltage generator 12a is 100. The simulation result V11 shows the dependence of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit 11a on the voltage V CC when the operating voltage generator 12a (PSRR≈1.3) to which the pMOS 121 as shown in FIG. 8 is applied. ing.

シミュレーション結果V10に表されているように、PSRRが大きいと、電圧VCCが変化しても、動作電圧VCCVは、ほぼ変化しない。これに対して、PSRRが小さい動作電圧生成部12aを適用した場合のシミュレーション結果V11では、電圧VCCの変動が動作電圧VCCVに伝わっている。また、シミュレーション結果V11に表されているように、PSRRが小さい動作電圧生成部12aでも、電圧VCC=1.2[V]から、動作電圧VCCV=0.7V程度まで、降圧できる。 As shown in the simulation result V10, when PSRR is large, the operating voltage V CCV does not substantially change even if the voltage V CC changes. On the other hand, in the simulation result V11 when the operating voltage generation unit 12a having a small PSRR is applied, the fluctuation of the voltage V CC is transmitted to the operating voltage V CCV . Further, as shown in the simulation result V11, even the operating voltage generator 12a having a small PSRR can step down from the voltage V CC = 1.2 [V] to the operating voltage V CCV = 0.7V.

図11(A)は、動作電圧生成部の有無による発振回路の発振周波数fの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。また、図11(B)は、動作電圧生成部の有無による発振周波数変動率λの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。図11(A)において、横軸は電圧VCC[V]を示し、縦軸は発振周波数f[MHz]を示している。また、図11(B)において、横軸は電圧VCC[V]を示し、縦軸は発振周波数変動率λを示している。 FIG. 11A is a diagram illustrating a simulation result of the voltage V CC dependency of the oscillation frequency f of the oscillation circuit with and without the operating voltage generation unit. FIG. 11B is a diagram illustrating a simulation result of the voltage V CC dependency of the oscillation frequency variation rate λ with and without the operating voltage generation unit. In FIG. 11A, the horizontal axis indicates the voltage V CC [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency f [MHz]. In FIG. 11B, the horizontal axis indicates the voltage V CC [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency variation rate λ.

なお、シミュレーション条件として、電圧VCC、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を256MHz程度としている。
図11(A)において、シミュレーション結果V12は、動作電圧生成部12aを設けずに電圧VCCを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V13は、動作電圧生成部12aを設け、電圧VCCを降圧した動作電圧VCCVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。
As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the voltage V CC and the power supply voltage V DD are 1.2 V is about 256 MHz.
In FIG. 11 (A), the simulation results V12 is the case of applying a voltage V CC without providing the operating voltage generation unit 12a to the oscillating circuit 11a, shows the voltage V CC dependence of the oscillation frequency f of the oscillation circuit 11a Yes. The simulation result V13 indicates the dependency of the oscillation frequency f of the oscillation circuit 11a on the voltage V CC when the operation voltage generator 12a is provided and the operation voltage V CCV obtained by stepping down the voltage V CC is applied to the oscillation circuit 11a. .

シミュレーション結果V12,V13に表されているように、動作電圧生成部12aを有した方が、電圧VCCの変化に対して発振周波数fが大きく変動する。
図11(B)において、シミュレーション結果V14は、動作電圧生成部12aを設けずに電圧VCCを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V15は、動作電圧生成部12aを設け、電圧VCCを降圧した動作電圧VCCVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。
As shown in the simulation results V12 and V13, the oscillation frequency f greatly fluctuates with respect to the change of the voltage V CC when the operating voltage generator 12a is provided.
In FIG. 11 (B), simulation results V14 is the case of applying a voltage V CC without providing the operating voltage generation unit 12a to the oscillating circuit 11a, a voltage V CC dependence of the oscillation frequency variation rate of the oscillation circuit 11a lambda Show. Simulation results V15 is the operating voltage generation unit 12a is provided, in the case of applying the operating voltage V CCV obtained by stepping down the voltage V CC to the oscillation circuit 11a, shows the voltage V CC dependence of the oscillation frequency variation rate of the oscillation circuit 11a lambda ing.

シミュレーション結果V14,V15に表されているように、動作電圧生成部12aを有した方が、発振周波数変動率λが大きくなる。つまり、電圧変動を検出する感度を向上できる。電圧VCCが1.2Vのとき、動作電圧生成部12aを有さない場合の発振周波数変動率λは、約1.3であるのに対して、動作電圧生成部12aを有する場合の発振周波数変動率λは、約4.3であり、約3.3倍である。 As shown in the simulation results V14 and V15, the oscillation frequency variation rate λ increases when the operating voltage generation unit 12a is provided. That is, the sensitivity for detecting voltage fluctuation can be improved. When the voltage V CC is 1.2 V, the oscillation frequency variation rate λ when the operating voltage generator 12a is not provided is about 1.3, whereas the oscillation frequency when the operating voltage generator 12a is provided. The variation rate λ is about 4.3, which is about 3.3 times.

また、電源電圧VDDを電圧VCCに読み替えた式(6)の関係から、測定精度Sが一定の条件では、動作電圧生成部12aを設けることで、動作電圧生成部12aを設けない場合よりも、消費エネルギーEtotalを約3.3分の1にすることができる。 Further, from the relationship of the expression (6) in which the power supply voltage V DD is replaced with the voltage V CC , in the condition where the measurement accuracy S is constant, the operation voltage generation unit 12a is provided and the operation voltage generation unit 12a is not provided. Also, the energy consumption E total can be reduced to about 1 / 3.3.

このように、電圧変動検出回路10bでは、電源電圧の変動を検出する場合と同様に、電圧変動を検出する感度を向上できるとともに、消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力を削減できる。 As described above, in the voltage fluctuation detection circuit 10b, as in the case of detecting the fluctuation of the power supply voltage, the sensitivity for detecting the voltage fluctuation can be improved, the consumed energy E total can be reduced, and the power consumption can be reduced.

(第4の実施の形態)
図12は、第4の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bと同様の要素については同一符号を付している。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage fluctuation detection circuit according to the fourth embodiment. The same elements as those of the voltage fluctuation detection circuit 10b according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals.

第4の実施の形態の半導体集積回路1cでは、電圧変動検出回路10cの動作電圧生成部12bは、ダイオード接続された2つのpMOS121−1,121−2を有しており、より大きく配線vccの電位を下げることができるようにしている。これにより発振回路11aの動作電圧VCCVをより小さくできるため、発振回路11aの発振周波数変動率λをより大きくすることができる。つまり、電圧変動を検出する感度をより向上できる。 In the semiconductor integrated circuit 1c of the fourth embodiment, the operating voltage generation unit 12b of the voltage fluctuation detection circuit 10c has two diode-connected pMOSs 121-1 and 121-2, and the wiring vcc is larger. The potential can be lowered. As a result, the operating voltage V CCV of the oscillation circuit 11a can be further reduced, so that the oscillation frequency variation rate λ of the oscillation circuit 11a can be further increased. That is, the sensitivity for detecting voltage fluctuations can be further improved.

また、2つのレベルシフタ14a−1,14a−2が設けられている。レベルシフタ14a−1は、発振回路11a、pMOS121−1,121−2のドレイン及び配線vssに接続されている。レベルシフタ14a−1は、発振回路11aの出力信号の電位レベル(振幅)を、動作電圧VCCVの電位レベルからpMOS121−1のドレインの電位レベルに引き上げる。レベルシフタ14a−2は、レベルシフタ14a−1の出力端子、pMOS121−1のドレイン及び配線vdd,vssに接続されている。レベルシフタ14a−2は、レベルシフタ14a−1からの出力信号の電位レベルを、pMOS121−1のドレインの電位レベルから、配線vddの電位レベル(電源電位)まで引き上げる。 Two level shifters 14a-1 and 14a-2 are provided. The level shifter 14a-1 is connected to the oscillation circuit 11a, the drains of the pMOSs 121-1 and 121-2, and the wiring vss. The level shifter 14a-1 raises the potential level (amplitude) of the output signal of the oscillation circuit 11a from the potential level of the operating voltage V CCV to the potential level of the drain of the pMOS 121-1. The level shifter 14a-2 is connected to the output terminal of the level shifter 14a-1, the drain of the pMOS 121-1, and the wirings vdd and vss. The level shifter 14a-2 raises the potential level of the output signal from the level shifter 14a-1 from the potential level of the drain of the pMOS 121-1 to the potential level (power supply potential) of the wiring vdd.

1つのレベルシフタ14aを用いる場合、電源電位と、配線vccvの電位差が大きすぎるとレベルシフタ14aが動作しなくなる懸念があるが、複数段のレベルシフタ14a−1,14a−2を設けることでその問題を解決することができる。   When one level shifter 14a is used, there is a concern that the level shifter 14a may not operate if the potential difference between the power supply potential and the wiring vccv is too large. can do.

電圧変動検出回路10cの動作については、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bの動作と同様であるので(図9など参照)、説明を省略する。
以下、第4の実施の形態の電圧変動検出回路10cの効果を説明する。
Since the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10c is the same as that of the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment (see FIG. 9 and the like), the description thereof is omitted.
Hereinafter, the effect of the voltage fluctuation detection circuit 10c of the fourth embodiment will be described.

図13は、第4の実施の形態の電圧変動検出回路の発振回路の動作電圧VCCVの電圧VCC依存性のシミュレーション結果例を示す図である。縦軸は発振回路の動作電圧VCCV[V]を示し、横軸は配線vccと配線vssとの間の電圧VCC[V]を示している。 FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result example of the voltage V CC dependency of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit of the voltage variation detection circuit according to the fourth embodiment. The vertical axis represents the operating voltage V CCV [V] of the oscillation circuit, and the horizontal axis represents the voltage V CC [V] between the wiring vcc and the wiring vss.

なお、シミュレーション条件として、電圧VCC、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を70MHz程度としている。シミュレーション結果V21は、図12に示したようなpMOS121−1,121−2を適用した動作電圧生成部12b(PSRR≒2.5)を適用した場合の、発振回路11aの動作電圧VCCVの電圧VCC依存性を示している。 As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the voltage V CC and the power supply voltage V DD are 1.2 V is about 70 MHz. The simulation result V21 is the voltage of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit 11a when the operating voltage generator 12b (PSRR≈2.5) to which the pMOSs 121-1 and 121-2 as shown in FIG. 12 are applied. It shows V CC dependency.

シミュレーション結果V21に表されているように、電圧VCCの変動が動作電圧VCCVに伝わっている。さらに、電圧VCC=1.2[V]のとき、動作電圧VCCV=0.42V程度であり、第2、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10a,10bよりも大きく降圧できている。 As shown in the simulation result V21, the fluctuation of the voltage V CC is transmitted to the operating voltage V CCV . Further, when the voltage V CC = 1.2 [V], the operating voltage V CCV is about 0.42 V, which can be stepped down more than the voltage fluctuation detection circuits 10a and 10b of the second and third embodiments. Yes.

図14(A)は、動作電圧生成部の有無による発振回路の発振周波数fの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。また、図14(B)は、動作電圧生成部の有無による発振周波数変動率λの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。図14(A)において、横軸は電圧VCC[V]を示し、縦軸は発振周波数f[MHz]を示している。また、図14(B)において、横軸は電圧VCC[V]を示し、縦軸は発振周波数変動率λを示している。 FIG. 14A is a diagram illustrating a simulation result of the voltage V CC dependency of the oscillation frequency f of the oscillation circuit with and without the operating voltage generation unit. FIG. 14B is a diagram illustrating a simulation result of the voltage V CC dependency of the oscillation frequency variation rate λ with and without the operating voltage generation unit. In FIG. 14A, the horizontal axis indicates the voltage V CC [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency f [MHz]. In FIG. 14B, the horizontal axis indicates the voltage V CC [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency variation rate λ.

なお、シミュレーション条件として、電圧VCC、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を70MHz程度としている。
図14(A)において、シミュレーション結果V22は、動作電圧生成部12bを設けずに電圧VCCを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V23は、動作電圧生成部12bを設け、電圧VCCを降圧して生成された動作電圧VCCVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。
As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the voltage V CC and the power supply voltage V DD are 1.2 V is about 70 MHz.
In FIG. 14 (A), the simulation results V22 is the case where the voltage V CC without providing the operating voltage generation unit 12b is applied to the oscillation circuit 11a, shows the voltage V CC dependence of the oscillation frequency f of the oscillation circuit 11a Yes. The simulation result V23 is dependent on the voltage V CC of the oscillation frequency f of the oscillation circuit 11a when the operation voltage generator 12b is provided and the operation voltage V CCV generated by stepping down the voltage V CC is applied to the oscillation circuit 11a. Is shown.

シミュレーション結果V22,V23に表されているように、動作電圧生成部12bを有した方が、電圧VCCの変化に対して発振周波数fが大きく変動することについては、前述した第2、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10a,10bと同じである。 As shown in the simulation results V22 and V23, the fact that the oscillation frequency f greatly fluctuates with respect to the change of the voltage V CC when the operating voltage generator 12b is provided is the second and third described above. This is the same as the voltage fluctuation detection circuits 10a and 10b of the embodiment.

図14(B)において、シミュレーション結果V24は、動作電圧生成部12bを設けずに電圧VCCを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V25は、動作電圧生成部12bを設け、電圧VCCを降圧して生成された動作電圧VCCVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。 In FIG. 14 (B), the simulation results V24 is the case of applying a voltage V CC without providing the operating voltage generating portion 12b to the oscillation circuit 11a, a voltage V CC dependence of the oscillation frequency variation rate of the oscillation circuit 11a lambda Show. Simulation results V25 is the operating voltage generation unit 12b is provided, in the case of applying the operating voltage V CCV generated by stepping down the voltage V CC to the oscillation circuit 11a, the voltage V CC of the oscillation frequency variation rate of the oscillation circuit 11a lambda Shows dependency.

シミュレーション結果V24,V25に表されているように、動作電圧生成部12bを有した方が、発振周波数変動率λが大きくなることについては、前述した第2、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10a,10bと同じである。さらに、第4の実施の形態の電圧変動検出回路10cでは、電圧VCCが1.2Vのとき、動作電圧生成部12bを有する場合の発振周波数変動率λは、約7.8である。これは、動作電圧生成部12bを有さない場合の発振周波数変動率λ(約1.4)の、約5.6倍である。この値は、前述した第2、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10a,10bよりも大きい。つまり、電圧変動を検出する感度をより向上できる。 As shown in the simulation results V24 and V25, the fact that the oscillation frequency variation rate λ increases when the operating voltage generation unit 12b is provided is the voltage variation of the second and third embodiments described above. It is the same as the detection circuits 10a and 10b. Furthermore, in the voltage variation detection circuit 10c of the fourth embodiment, when the voltage V CC is 1.2V, the oscillation frequency variation rate λ when the operation voltage generation unit 12b is included is about 7.8. This is about 5.6 times the oscillation frequency fluctuation rate λ (about 1.4) when the operating voltage generation unit 12b is not provided. This value is larger than the voltage fluctuation detection circuits 10a and 10b of the second and third embodiments described above. That is, the sensitivity for detecting voltage fluctuations can be further improved.

電源電圧VDDを電圧VCCに読み替えた式(6)の関係から、測定精度Sが一定の条件では、動作電圧生成部12bを設けることで、動作電圧生成部12bを設けない場合よりも、消費エネルギーEtotalを約5.5分の1にすることができる。 From the relationship of the expression (6) in which the power supply voltage V DD is replaced with the voltage V CC , the provision of the operating voltage generator 12b under the condition where the measurement accuracy S is constant is greater than the case where the operating voltage generator 12b is not provided. The consumed energy E total can be reduced to about 1 / 5.5.

このように、電圧変動検出回路10cではpMOS121−1,121−2により、配線vccの電位をより大きく下げ、発振回路11aの動作電圧を小さくしている。これにより、第2、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10a,10bよりも、電圧変動を検出する感度を向上できるとともに、消費電力を多く削減できる。   Thus, in the voltage fluctuation detection circuit 10c, the potential of the wiring vcc is further lowered by the pMOSs 121-1 and 121-2, and the operating voltage of the oscillation circuit 11a is reduced. As a result, it is possible to improve sensitivity for detecting voltage fluctuations and to reduce power consumption more than the voltage fluctuation detection circuits 10a and 10b of the second and third embodiments.

なお、上記の電圧変動検出回路10cの例では、発振回路11aの動作電圧がより小さくなるため、発振周波数の上限値が下がる。そのため、発振周波数が小さくてもよい場合(たとえば、電圧変動が発生する時間が長い場合)に適用することが好ましい。   In the example of the voltage fluctuation detection circuit 10c described above, the operating voltage of the oscillation circuit 11a becomes smaller, so the upper limit value of the oscillation frequency decreases. Therefore, it is preferable to apply when the oscillation frequency may be small (for example, when the time during which voltage fluctuation occurs is long).

また、上記の電圧変動検出回路10cでは、2段のpMOS121−1,12−2を設けた場合について説明したが、3段以上としてもよく、それに対応してレベルシフタ14a−1,14a−2も3段以上としてもよい。また、pMOSの代わりにダイオード接続されたnMOSを複数段用いてもよい。   Further, in the voltage fluctuation detection circuit 10c described above, the case where the two-stage pMOSs 121-1 and 12-2 are provided has been described. It is good also as three steps or more. Also, a plurality of diode-connected nMOSs may be used instead of the pMOS.

(第5の実施の形態)
図15は、第5の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bと同様の要素については同一符号を付している。
(Fifth embodiment)
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the fifth embodiment. The same elements as those of the voltage fluctuation detection circuit 10b according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals.

第5の実施の形態の半導体集積回路1dにおいて、電圧変動検出回路10dは、動作電圧生成部12aと発振回路11aとの間の配線vccv(発振回路11aに動作電圧を印加する配線)と、配線vccとの間に容量素子C1が接続されている。この容量素子C1はカップリング容量として機能する。容量素子C1を設けることで、容量素子C1を設けない場合に比べて、過渡的なPSRRを小さくすることができる。式(8)から、PSRRを小さくできると、発振周波数変動率λを大きくできるため、電圧変動を検出する感度を向上できる。そのため、精度の高い電圧変動の検出が可能であるとともに、式(6)から測定精度Sを一定とした場合、消費エネルギーEtotalを削減できる。 In the semiconductor integrated circuit 1d according to the fifth embodiment, the voltage fluctuation detection circuit 10d includes a wiring vccv (wiring for applying an operating voltage to the oscillation circuit 11a) between the operating voltage generator 12a and the oscillation circuit 11a, and a wiring. A capacitive element C1 is connected to the vcc. The capacitive element C1 functions as a coupling capacitor. By providing the capacitive element C1, it is possible to reduce the transient PSRR compared to the case where the capacitive element C1 is not provided. From equation (8), if PSRR can be reduced, the oscillation frequency fluctuation rate λ can be increased, and therefore the sensitivity for detecting voltage fluctuation can be improved. Therefore, it is possible to detect voltage fluctuation with high accuracy, and it is possible to reduce the energy consumption E total when the measurement accuracy S is constant from the equation (6).

電圧変動検出回路10dの動作については、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bの動作と同様であるので、説明を省略する。
以下、容量素子C1を設けることで容量素子C1を設けない場合よりもPSRRを小さくできる理由について説明する。
Since the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10d is the same as the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment, the description thereof is omitted.
Hereinafter, the reason why the PSRR can be made smaller by providing the capacitive element C1 than when the capacitive element C1 is not provided will be described.

電圧の電圧降下に対する動作電圧の過渡的な応答を見るために、以下のように動作電圧生成部12aと発振回路11aを抵抗成分と容量成分で表す。
図16は、動作電圧生成部と発振回路を抵抗成分と容量成分で表した回路である。
In order to see the transient response of the operating voltage with respect to the voltage drop, the operating voltage generator 12a and the oscillation circuit 11a are represented by a resistance component and a capacitance component as follows.
FIG. 16 is a circuit in which the operating voltage generation unit and the oscillation circuit are represented by resistance components and capacitance components.

配線vccと配線vssとの間に、抵抗r1と容量c1による並列回路と、抵抗r2と容量c2による並列回路が接続されている。
抵抗r1は、動作電圧生成部12aの抵抗成分を示し、容量c1は図15の容量素子C1に相当するものである。また、抵抗r2は発振回路11aの抵抗成分であり、容量c2は発振回路11aの容量成分を示している。
Between the wiring vcc and the wiring vss, a parallel circuit including a resistor r1 and a capacitor c1 and a parallel circuit including a resistor r2 and a capacitor c2 are connected.
The resistor r1 indicates the resistance component of the operating voltage generator 12a, and the capacitor c1 corresponds to the capacitor element C1 in FIG. The resistor r2 is a resistance component of the oscillation circuit 11a, and the capacitor c2 is a capacitance component of the oscillation circuit 11a.

以下の説明では、抵抗r1の抵抗値をRPSW、容量c1(容量素子C1)の容量値をCVCCV、抵抗r2の抵抗値をReff、容量c2の容量値をCeffとする。
図17は、電圧VCCと発振回路の動作電圧VCCVの過渡応答の一例の様子を示す図である。VCC(t)は電圧VCCの時間変化を示しており、VCCV(t)は動作電圧VCCVの時間変化を示している。図17では、t=+0(図中の黒丸の時点)で、電圧VCCにΔVCCの電圧降下が発生したときの、動作電圧VCCVの過渡応答の様子が示されている。
In the following description, the resistance value of the resistor r1 is R PSW , the capacitance value of the capacitor c1 (capacitance element C1) is C VCCV , the resistance value of the resistor r2 is R eff , and the capacitance value of the capacitor c2 is C eff .
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a transient response between the voltage V CC and the operating voltage V CCV of the oscillation circuit. V CC (t) indicates the time change of the voltage V CC , and V CCV (t) indicates the time change of the operating voltage V CCV . FIG. 17 shows the transient response of the operating voltage V CCV when a voltage drop of ΔV CC occurs at the voltage V CC at t = + 0 (at the time of the black circle in the figure).

この過渡応答は、以下のような式(9)で表される。   This transient response is expressed by the following equation (9).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(9)において、VCC(−0)は、t=−0(図中の白丸の時点)での電圧VCCの値である。u(t)は、単位ステップ関数である。
式(9)のVCCV(t)を、ラプラス変換を用いて解くと以下のようになる。
In Expression (9), V CC (−0) is the value of the voltage V CC at t = −0 (at the time of the white circle in the figure). u (t) is a unit step function.
Solving V CCV (t) in equation (9) using Laplace transform yields:

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(10)の結果から、t=+0における動作電圧VCCVの値、VCCV(+0)と、t=∞における動作電圧VCCVの値(収束値)、VCCV(∞)は、以下の式(11),(12)で表せる。 From the results of equation (10), t = + 0 value of the operating voltage V CCV in a V CCV (+0), the value (convergence value) of the operating voltage V CCV at t = ∞, V CCV (∞ ) is the following It can be expressed by equations (11) and (12).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(11)から、容量素子C1の容量値であるCVCCVが大きいほど、t=+0における動作電圧VCCVの値が小さくなることがわかる。
ここで、ΔVCCV(t)が以下の式(13)のようになるため、ΔVCCV(+0)とΔVCCV(∞)は式(14),(15)のように表せる。
From the equation (11), it can be seen that the value of the operating voltage V CCV at t = + 0 becomes smaller as C VCCV which is the capacitance value of the capacitive element C1 is larger.
Here, since ΔV CCV (t) is expressed by the following equation (13), ΔV CCV (+0) and ΔV CCV (∞) can be expressed by equations (14) and (15).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

Figure 2014106112
Figure 2014106112

Figure 2014106112
Figure 2014106112

動作電圧VCCVが収束するまでの時間をTd(CVCCVが大きいほど長くなる)とすると、PSRRは以下の式(16)で表せる。 Assuming that the time until the operating voltage V CCV converges is Td (which becomes longer as C VCCV increases), PSRR can be expressed by the following equation (16).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(14)〜(16)から、CVCCV=0のときのPSRRと、CVCCV>0のときのPSRRは、以下の式(17),(18)で表せる。 From Expressions (14) to (16), PSRR when C VCCV = 0 and PSRR when C VCCV > 0 can be expressed by the following Expressions (17) and (18).

Figure 2014106112
Figure 2014106112

Figure 2014106112
Figure 2014106112

式(17),(18)から、PSRR(CVCCV>0)<PSRR(CVCCV=0)であることがわかり、CVCCVが大きいほど、過渡的に見た場合のPSRRが小さくなることがわかる。 From equations (17) and (18), it can be seen that PSRR (C VCCV > 0) <PSRR (C VCCV = 0), and the larger C VCCV , the smaller the PSRR when viewed transiently. Recognize.

このように、容量素子C1を設けることで、容量素子C1を設けない場合よりも、PSRRを小さくできる。PSRRを小さくできると、発振周波数変動率λを大きくできるため、電圧変動を検出する感度を向上できるとともに、消費エネルギーEtotalを削減でき、消費電力を抑制できる。 Thus, by providing the capacitive element C1, PSRR can be made smaller than when the capacitive element C1 is not provided. If PSRR can be reduced, the oscillation frequency fluctuation rate λ can be increased, so that the sensitivity for detecting voltage fluctuation can be improved, the energy consumption E total can be reduced, and the power consumption can be suppressed.

(第6の実施の形態)
図18は、第6の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bと同様の要素については同一符号を付している。
(Sixth embodiment)
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the sixth embodiment. The same elements as those of the voltage fluctuation detection circuit 10b according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals.

第6の実施の形態の半導体集積回路1e及び電圧変動検出回路10eでは、発振回路11bに含まれるpMOSのnウェルには、動作電圧以上の電圧が印加されている。たとえば、電源電位となっている配線vddとnウェルが電気的に接続される。図18では、pMOSは図示されていないが、NAND回路111やインバータ回路112に含まれるものである。   In the semiconductor integrated circuit 1e and the voltage fluctuation detection circuit 10e of the sixth embodiment, a voltage higher than the operating voltage is applied to the n well of the pMOS included in the oscillation circuit 11b. For example, the wiring vdd at the power supply potential and the n well are electrically connected. In FIG. 18, the pMOS is not shown, but is included in the NAND circuit 111 and the inverter circuit 112.

図19は、発振回路に含まれるpMOSの一例を示す断面図である。
pMOS150は、基板151に形成されるnウェル152、p型のソース/ドレイン領域153,154、ソース/ドレイン領域153,154を跨ぐように形成されるゲート酸化膜155、ゲート酸化膜155上に形成されるゲート電極156を有する。nウェル152には、コンタクトのための高濃度のn型層157が形成されており、ビア158が接続されている。このビア158が配線vddに接続される。これにより、nウェル152と配線vddが電気的に接続され、nウェル152が逆バイアスされることにより、pMOS150の閾値電圧Vthが引き上がる。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing an example of a pMOS included in the oscillation circuit.
The pMOS 150 is formed on the n well 152 formed on the substrate 151, the p-type source / drain regions 153 and 154, the gate oxide film 155 formed so as to straddle the source / drain regions 153 and 154, and the gate oxide film 155. The gate electrode 156 is provided. In the n-well 152, a high-concentration n-type layer 157 for contact is formed, and a via 158 is connected thereto. The via 158 is connected to the wiring vdd. As a result, the n well 152 and the wiring vdd are electrically connected, and the n well 152 is reverse-biased, whereby the threshold voltage V th of the pMOS 150 is increased.

式(7)に示したように閾値電圧Vthを上げることで、発振周波数変動率λを大きくすることができるので、式(6)からわかるように、測定精度Sが一定条件のもとでは、消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力を削減することができる。 Since the oscillation frequency fluctuation rate λ can be increased by increasing the threshold voltage V th as shown in the equation (7), as can be seen from the equation (6), the measurement accuracy S is under a constant condition. The energy consumption E total can be reduced, and the power consumption can be reduced.

電圧変動検出回路10eの動作については、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bの動作と同様であるので、説明を省略する。
以下、第6の実施の形態の電圧変動検出回路10eの効果を説明する。
Since the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10e is the same as the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment, the description thereof is omitted.
Hereinafter, the effect of the voltage fluctuation detection circuit 10e of the sixth embodiment will be described.

図20は、第6の実施の形態の電圧変動検出回路の発振回路の動作電圧VCCVの電圧VCC依存性のシミュレーション結果例を示す図である。縦軸は発振回路の動作電圧VCCV[V]を示し、横軸は配線vccと配線vssとの間の電圧VCC[V]を示している。 FIG. 20 is a diagram illustrating a simulation result example of the voltage V CC dependency of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit of the voltage variation detection circuit according to the sixth embodiment. The vertical axis represents the operating voltage V CCV [V] of the oscillation circuit, and the horizontal axis represents the voltage V CC [V] between the wiring vcc and the wiring vss.

なお、シミュレーション条件として、電圧VCC、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を256MHz程度としている。シミュレーション結果V31は、図18に示したような動作電圧生成部12a(PSRR≒1.4)を適用した場合の、発振回路11bの動作電圧VCCVの電圧VCC依存性を示している。 As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the voltage V CC and the power supply voltage V DD are 1.2 V is about 256 MHz. The simulation result V31 shows the voltage V CC dependency of the operating voltage V CCV of the oscillation circuit 11b when the operating voltage generator 12a (PSRR≈1.4) as shown in FIG. 18 is applied.

シミュレーション結果V31に表されているように、電圧VCCの変動が動作電圧VCCVに伝わっている。さらに、電圧VCC=1.2[V]のとき、動作電圧VCCV=0.7V程度であり、0.5V程度降圧できている。 As shown in the simulation result V31, the fluctuation of the voltage V CC is transmitted to the operating voltage V CCV . Further, when the voltage V CC = 1.2 [V], the operating voltage V CCV is about 0.7 V, and the voltage can be lowered by about 0.5 V.

図21(A)は、発振回路の発振周波数fの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。また、図21(B)は、発振周波数変動率λの電圧VCC依存性のシミュレーション結果を示す図である。図21(A)において、横軸は電圧VCC[V]を示し、縦軸は発振周波数f[MHz]を示している。また、図21(B)において、横軸は電圧VCC[V]を示し、縦軸は発振周波数変動率λを示している。 FIG. 21A is a diagram showing a simulation result of the voltage V CC dependency of the oscillation frequency f of the oscillation circuit. FIG. 21B is a diagram illustrating a simulation result of the voltage V CC dependency of the oscillation frequency variation rate λ. In FIG. 21A, the horizontal axis indicates the voltage V CC [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency f [MHz]. In FIG. 21B, the horizontal axis indicates the voltage V CC [V], and the vertical axis indicates the oscillation frequency variation rate λ.

なお、シミュレーション条件として、電圧VCC、電源電圧VDDが1.2Vのときの発振周波数の定常値を256MHz程度としている。
図21(A)において、シミュレーション結果V32は、動作電圧生成部12aを設けずに電圧VCCを発振回路11bに印加した場合の、発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V33は、図8に示したように動作電圧生成部12aを設け、電圧VCCを降圧して生成された動作電圧VCCVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。また、シミュレーション結果V34は、図18に示したように動作電圧生成部12aを設けるとともに、配線vddを発振回路11bに含まれるpMOSのnウェルに電気的に接続した場合の、発振回路11bの発振周波数fの電圧VCC依存性を示している。
As a simulation condition, the steady value of the oscillation frequency when the voltage V CC and the power supply voltage V DD are 1.2 V is about 256 MHz.
In FIG. 21 (A), the simulation results V32 is the case where the voltage V CC without providing the operating voltage generation unit 12a is applied to the oscillation circuit 11b, which shows the voltage V CC dependence of the oscillation frequency f. As shown in FIG. 8, the simulation result V33 includes the operating voltage generator 12a, and the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a when the operating voltage V CCV generated by stepping down the voltage V CC is applied to the oscillation circuit 11a. The voltage V CC dependency of f is shown. Further, the simulation result V34 shows the oscillation of the oscillation circuit 11b when the operating voltage generation unit 12a is provided as shown in FIG. 18 and the wiring vdd is electrically connected to the n well of the pMOS included in the oscillation circuit 11b. The voltage V CC dependency of the frequency f is shown.

シミュレーション結果V32,V34で表されているように、動作電圧生成部12aを設けると、動作電圧生成部12aがないものより、電圧VCCの変化に対して発振周波数fが大きく変動する。また、シミュレーション結果V33,V34で表されているように、配線vddを発振回路11bに含まれるpMOSのnウェルに電気的に接続すると、図8に示した電圧変動検出回路10bよりも、電圧VCCの変化に対して発振周波数fが大きく変動する。 As shown by the simulation results V32 and V34, when the operating voltage generation unit 12a is provided, the oscillation frequency f varies more greatly with respect to the change in the voltage V CC than without the operation voltage generation unit 12a. Further, as represented by simulation results V33 and V34, when the wiring vdd is electrically connected to the n-well of the pMOS included in the oscillation circuit 11b, the voltage V is higher than that of the voltage fluctuation detection circuit 10b shown in FIG. The oscillation frequency f varies greatly with respect to the change in CC .

図21(B)において、シミュレーション結果V35は、動作電圧生成部12aを設けずに電圧VCCを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。シミュレーション結果V36は、図8に示したように動作電圧生成部12aを設け、電圧VCCを降圧して生成された動作電圧VCCVを発振回路11aに印加した場合の、発振回路11aの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。また、シミュレーション結果V37は、図18に示したように動作電圧生成部12aを設けるとともに配線vddを発振回路11bに含まれるpMOSのnウェルに電気的に接続した場合の、発振回路11bの発振周波数変動率λの電圧VCC依存性を示している。 In FIG. 21 (B), the simulation results V35 is the case of applying a voltage V CC without providing the operating voltage generation unit 12a to the oscillating circuit 11a, a voltage V CC dependence of the oscillation frequency variation rate of the oscillation circuit 11a lambda Show. The simulation result V36 includes the operating voltage generator 12a as shown in FIG. 8, and the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a when the operating voltage V CCV generated by stepping down the voltage V CC is applied to the oscillation circuit 11a. The voltage V CC dependency of the variation rate λ is shown. Further, the simulation result V37 shows the oscillation frequency of the oscillation circuit 11b when the operating voltage generation unit 12a is provided and the wiring vdd is electrically connected to the n well of the pMOS included in the oscillation circuit 11b as shown in FIG. The voltage V CC dependency of the variation rate λ is shown.

シミュレーション結果V35,V37に表されているように、電圧変動検出回路10eでは、動作電圧生成部12aを有さないものより、発振周波数変動率λが大きくなる。つまり、電圧変動を検出する感度を向上できる。たとえば、電圧VCCが1.2Vのとき、動作電圧生成部12aを有さない場合の発振周波数変動率λは、約1.3であるのに対して、電圧変動検出回路10eでは発振周波数変動率λは、約5.4であり、約4.2倍となる。さらに、シミュレーション結果V36,V37に表されているように、電圧変動検出回路10eでは、図8に示したような、電圧変動検出回路10bよりも発振周波数変動率λが大きくなる。 As shown in the simulation results V35 and V37, in the voltage fluctuation detection circuit 10e, the oscillation frequency fluctuation rate λ is larger than that without the operating voltage generator 12a. That is, the sensitivity for detecting voltage fluctuation can be improved. For example, when the voltage V CC is 1.2 V, the oscillation frequency fluctuation rate λ without the operating voltage generator 12a is about 1.3, whereas the voltage fluctuation detection circuit 10e has an oscillation frequency fluctuation. The rate λ is about 5.4, which is about 4.2 times. Further, as shown in the simulation results V36 and V37, in the voltage fluctuation detection circuit 10e, the oscillation frequency fluctuation rate λ is larger than that in the voltage fluctuation detection circuit 10b as shown in FIG.

したがって、電圧変動検出回路10eは、電圧変動検出回路10bよりも、さらに電圧変動を検出する感度を向上できるとともに、消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力を削減できる。 Therefore, the voltage fluctuation detection circuit 10e can further improve the sensitivity for detecting voltage fluctuation than the voltage fluctuation detection circuit 10b, reduce the consumed energy E total, and reduce the power consumption.

(第7の実施の形態)
図22は、第7の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。図8に示した第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bと同様の要素については同一符号を付している。
(Seventh embodiment)
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the seventh embodiment. Elements similar to those of the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.

第7の実施の形態の半導体集積回路1f及び電圧変動検出回路10fでは、動作電圧生成部12cは、基準電位(接地電位)となっている配線vssに接続されている。動作電圧生成部12cは、配線vssの電位を上げることで、検出対象の配線vccと配線vss間の電圧を下げ、発振回路11cとレベルシフタ14aの動作電圧とする。つまり、動作電圧生成部12cは、接地電位を引き上げる昇圧回路として機能する。図22に示されているように、動作電圧生成部12cは、ダイオード接続されたnMOS122を有している。nMOS122のソースは配線vssに接続されており、ドレインは発振回路11cに接続されている。さらにnMOS122のゲートは自身のドレインに接続されている。   In the semiconductor integrated circuit 1f and the voltage fluctuation detection circuit 10f of the seventh embodiment, the operating voltage generation unit 12c is connected to the wiring vss that is the reference potential (ground potential). The operating voltage generation unit 12c raises the potential of the wiring vss, thereby lowering the voltage between the wiring vcc and the wiring vss to be detected to be the operating voltage of the oscillation circuit 11c and the level shifter 14a. That is, the operating voltage generator 12c functions as a booster circuit that raises the ground potential. As illustrated in FIG. 22, the operating voltage generation unit 12 c includes a diode-connected nMOS 122. The nMOS 122 has a source connected to the wiring vss and a drain connected to the oscillation circuit 11c. Further, the gate of the nMOS 122 is connected to its own drain.

なお、動作電圧生成部12cは、ダイオード接続されたpMOSであってもよい。その場合、pMOSのドレインが配線vss及び自身のゲートに接続され、ソースが発振回路11cとレベルシフタ14aに接続される。   The operating voltage generation unit 12c may be a diode-connected pMOS. In that case, the drain of the pMOS is connected to the wiring vss and its gate, and the source is connected to the oscillation circuit 11c and the level shifter 14a.

発振回路11cは、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bの発振回路11aと同様に、NAND回路111と複数のインバータ回路112を有している。しかし、発振回路11cは、発振回路11aと異なり、NAND回路111と各インバータ回路112には、動作電圧生成部12cで引き上げられた接地電位が配線vssvを介して供給される。なお、図22では、図示の煩雑化を避けるためNAND回路111と一部のインバータ回路112が動作電圧生成部12cに接続しているように図示されている。   The oscillation circuit 11c includes a NAND circuit 111 and a plurality of inverter circuits 112, similarly to the oscillation circuit 11a of the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment. However, unlike the oscillation circuit 11a, the oscillation circuit 11c is supplied to the NAND circuit 111 and each inverter circuit 112 through the wiring vssv by the ground potential raised by the operation voltage generation unit 12c. In FIG. 22, the NAND circuit 111 and a part of the inverter circuits 112 are illustrated as being connected to the operating voltage generation unit 12 c in order to avoid complication of the illustration.

また、NAND回路111と各インバータ回路112には、配線vccが接続されている。なお、図22では、図示の煩雑化を避けるためNAND回路111と一部のインバータ回路112が配線vccに接続しているように図示されている。   A wiring vcc is connected to the NAND circuit 111 and each inverter circuit 112. In FIG. 22, the NAND circuit 111 and some of the inverter circuits 112 are illustrated as being connected to the wiring vcc in order to avoid complication of the illustration.

図23は、第7の実施の形態の電圧変動検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。
図23では、配線vccと配線vss間の電位差、動作電圧生成部12cと発振回路11c間を結ぶ配線vssvと配線vcc間の電位差、制御信号発生部20で発生される制御信号rsenの様子が示されている。さらに、カウンタ131の端子cclkの電位(レベルシフタ14aの出力信号の電位)、カウンタ131のカウント値Count、カウンタ131の端子rclkの電位(基準クロックの電位)、レジスタ132の値が示されている。なお、カウント値Countの値の例については、細かくなりすぎるため、図示を省略している。
FIG. 23 is a timing chart illustrating an operation example of the voltage variation detection circuit according to the seventh embodiment.
FIG. 23 shows the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss, the potential difference between the wiring vssv and the wiring vcc connecting the operating voltage generator 12c and the oscillation circuit 11c, and the state of the control signal rsen generated by the control signal generator 20. Has been. Moreover, (the potential of the output signal of the level shifter 14a) terminal cclk the potential of the counter 131, the count value C ount of the counter 131, the terminal rclk counter 131 potential (potential of the reference clock), the value of the register 132 is shown . Incidentally, an example of the count value C ount, because too fine, are not shown.

図23の例では、タイミングt30〜t32の間で、配線vccと配線vss間の電位差が、たとえば、電源ノイズなどの影響により小さくなっている。
このとき、配線vssvと配線vcc間の電位差も小さくなり、この変化を受けて、発振回路11cの発振周波数が短くなる。これにより端子rclkの電位の立ち上がりから次の立ち上がりまでの間のカウント値Countが小さくなる。図23の例では、タイミングt31で、端子rclkの電位が立ち上がったときにレジスタ132に取り込まれるカウント値Countが“105”から“85”に減少している。タイミングt32において配線vccと配線vss間の電位差が元に戻ると、配線vssvと配線vss間の電位差、発振回路11cの発振周波数も元に戻る。これによりカウント値Countも“65”から、“90”、“105”とタイミングt30以前の値に戻っていく。
In the example of FIG. 23, the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss is small between timings t30 and t32 due to the influence of power supply noise, for example.
At this time, the potential difference between the wiring vssv and the wiring vcc is also reduced, and in response to this change, the oscillation frequency of the oscillation circuit 11c is shortened. Thus the count value C ount between the rise of potential of the terminal rclk to the next rising decreases. In the example of FIG. 23, at timing t31, the count value C ount is taken into the register 132 when the potential of the terminal rclk rises is reduced to "85" to "105". When the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss is restored at the timing t32, the potential difference between the wiring vssv and the wiring vss and the oscillation frequency of the oscillation circuit 11c are also restored. Thus the count value C ount be "65", "90", "105" and the timing t30 go back to its previous value.

このように、レジスタ132に取り込まれたカウント値Countの変化を検出することで、配線vccと配線vss間の電位差の変動を検出することができる。
また、電圧変動検出回路10fは、図8に示した第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bと同様の効果を有する。すなわち、動作電圧生成部12cが、接地電位を引き上げ、配線vccと配線vss間の電位差を小さくして、発振回路11cの動作電圧を生成するため、動作電圧生成部12cがないものより、発振回路11cの発振周波数変動率λを大きくできる。これにより、電圧変動を検出する感度を向上できるとともに、前述した消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力を削減できる。
Thus, by detecting the change in the count value C ount taken into the register 132, it is possible to detect the variation of the potential difference between the wiring vcc line vss.
The voltage fluctuation detection circuit 10f has the same effect as the voltage fluctuation detection circuit 10b of the third embodiment shown in FIG. That is, the operating voltage generator 12c raises the ground potential and reduces the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss to generate the operating voltage of the oscillation circuit 11c. The oscillation frequency fluctuation rate λ of 11c can be increased. Thereby, the sensitivity for detecting the voltage fluctuation can be improved, and the above-described energy consumption E total can be reduced, and the power consumption can be reduced.

(第8の実施の形態)
図24は、第8の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。図22に示した第7の実施の形態の電圧変動検出回路10fと同様の要素については同一符号を付している。
(Eighth embodiment)
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage fluctuation detection circuit according to the eighth embodiment. Elements similar to those of the voltage fluctuation detection circuit 10f of the seventh embodiment shown in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals.

第8の実施の形態の半導体集積回路1gにおいて、電圧変動検出回路10gは、動作電圧生成部12cと発振回路11cとの間の配線vssvと、配線vssとの間に容量素子C10が接続されている。この容量素子C10はカップリング容量として機能する。第5の実施の形態の電圧変動検出回路10dと同様に、容量素子C10を設けることで、容量素子C1を設けない場合に比べて、PSRRを小さくすることができる。式(8)から、PSRRを小さくできると、発振周波数変動率λを大きくできるため、電圧変動を検出する感度を向上できるとともに、式(6)に示されているように、消費エネルギーEtotalを削減できる。 In the semiconductor integrated circuit 1g according to the eighth embodiment, the voltage variation detection circuit 10g includes a capacitive element C10 connected between the wiring vssv between the operating voltage generation unit 12c and the oscillation circuit 11c and the wiring vss. Yes. The capacitive element C10 functions as a coupling capacitor. Similar to the voltage variation detection circuit 10d of the fifth embodiment, by providing the capacitive element C10, PSRR can be reduced as compared with the case where the capacitive element C1 is not provided. From Equation (8), if PSRR can be reduced, the oscillation frequency variation rate λ can be increased, so that the sensitivity for detecting voltage variation can be improved, and the energy consumption E total can be calculated as shown in Equation (6). Can be reduced.

電圧変動検出回路10gの動作については、第7の実施の形態の電圧変動検出回路10fの動作と同様であるので(図23など参照)、説明を省略する。
(第9の実施の形態)
図25は、第9の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。図22に示した第7の実施の形態の電圧変動検出回路10fと同様の要素については同一符号を付している。
Since the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10g is the same as that of the voltage fluctuation detection circuit 10f of the seventh embodiment (see FIG. 23 and the like), the description thereof is omitted.
(Ninth embodiment)
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the ninth embodiment. Elements similar to those of the voltage fluctuation detection circuit 10f of the seventh embodiment shown in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals.

第9の実施の形態の半導体集積回路1h及び電圧変動検出回路10hでは、発振回路11dに含まれるnMOSのpウェルには、動作電圧以下の電圧が印加されている。たとえば、接地電位となっている配線vssとpウェルが電気的に接続される。図25ではnMOSは図示されていないが、NAND回路111やインバータ回路112に含まれるものである。   In the semiconductor integrated circuit 1h and the voltage fluctuation detection circuit 10h of the ninth embodiment, a voltage equal to or lower than the operating voltage is applied to the p-well of the nMOS included in the oscillation circuit 11d. For example, the wiring vss that is at the ground potential and the p-well are electrically connected. Although nMOS is not shown in FIG. 25, it is included in the NAND circuit 111 and the inverter circuit 112.

図26は、発振回路に含まれるnMOSの一例を示す断面図である。
nMOS160は、基板161に形成されるpウェル162、n型のソース/ドレイン領域163,164、ソース/ドレイン領域163,164を跨ぐように形成されるゲート酸化膜165、ゲート酸化膜165上に形成されるゲート電極166を有する。pウェル162には、コンタクトのための高濃度のp型層167が形成されており、ビア168が接続されている。このビア168が配線vssに接続される。これにより、pウェル162と配線vssが電気的に接続され、pウェル162が逆バイアスされることにより、nMOS160の閾値電圧Vthが引き上がる。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing an example of an nMOS included in the oscillation circuit.
The nMOS 160 is formed on the p well 162 formed on the substrate 161, the n-type source / drain regions 163 and 164, the gate oxide film 165 formed so as to straddle the source / drain regions 163 and 164, and the gate oxide film 165. The gate electrode 166 is provided. In the p-well 162, a high-concentration p-type layer 167 for contact is formed, and a via 168 is connected thereto. The via 168 is connected to the wiring vss. As a result, the p well 162 and the wiring vss are electrically connected, and the p well 162 is reverse-biased, whereby the threshold voltage V th of the nMOS 160 is raised.

式(7)に示したように閾値電圧Vthを上げることで、発振周波数変動率λを大きくすることができるので、電圧変動を検出する感度を向上できる。また、式(6)に示されているように、消費エネルギーEtotalを小さくでき、消費電力を削減することができる。 As shown in the equation (7), by increasing the threshold voltage V th , the oscillation frequency variation rate λ can be increased, so that the sensitivity for detecting the voltage variation can be improved. Further, as shown in Expression (6), the energy consumption E total can be reduced, and the power consumption can be reduced.

電圧変動検出回路10hの動作については、第7の実施の形態の電圧変動検出回路10fの動作と同様であるので説明を省略する。
(第10の実施の形態)
図27は、第10の実施の形態の半導体集積回路及び電圧変動検出回路の一例を示す図である。第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bと同様の要素については同一符号を付している。
Since the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10h is the same as the operation of the voltage fluctuation detection circuit 10f of the seventh embodiment, the description thereof is omitted.
(Tenth embodiment)
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a semiconductor integrated circuit and a voltage variation detection circuit according to the tenth embodiment. The same elements as those of the voltage fluctuation detection circuit 10b according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals.

第10の実施の形態の半導体集積回路1i及び電圧変動検出回路10iでは、変動検出部13が、周波数比較部133を有している。
周波数比較部133は、レジスタ132から出力されるカウント値(発振回路11aの発振周波数の大きさを示す)と、判定基準値とを比較し、比較結果を出力する。周波数比較部133は、記憶部134と比較部135を有している。
In the semiconductor integrated circuit 1 i and the voltage fluctuation detection circuit 10 i according to the tenth embodiment, the fluctuation detection unit 13 includes a frequency comparison unit 133.
The frequency comparison unit 133 compares the count value output from the register 132 (indicating the magnitude of the oscillation frequency of the oscillation circuit 11a) with the determination reference value, and outputs the comparison result. The frequency comparison unit 133 includes a storage unit 134 and a comparison unit 135.

記憶部134は、ROM(Read Only Memory)などであり、判定基準値を記憶している。比較部135は、レジスタ132から出力されるカウント値と、記憶部134に記憶されている判定基準値とを比較し、比較結果を出力する。たとえば、カウント値が判定基準値以上であれば、Hレベルの信号を出力し、カウント値が判定基準値より小さい場合には、Lレベルの信号を出力する。   The storage unit 134 is a ROM (Read Only Memory) or the like, and stores a determination reference value. The comparison unit 135 compares the count value output from the register 132 with the determination reference value stored in the storage unit 134, and outputs a comparison result. For example, if the count value is equal to or greater than the determination reference value, an H level signal is output, and if the count value is smaller than the determination reference value, an L level signal is output.

図28は、第10の実施の形態の電圧変動検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。
図28では、配線vccと配線vss間の電位差、動作電圧生成部12aと発振回路11a間を結ぶ配線vccvと配線vss間の電位差、制御信号発生部20で発生される制御信号rsenの様子が示されている。さらに、カウンタ131の端子cclkの電位(レベルシフタ14aの出力信号の電位)、カウンタ131のカウント値Count、カウンタ131の端子rclkの電位(基準クロックの電位)、レジスタ132の値が示されている。さらに、比較部135の出力信号outが示されている。なお、カウント値Countの値の例については、細かくなりすぎるため、図示を省略している。
FIG. 28 is a timing chart illustrating an operation example of the voltage variation detection circuit according to the tenth embodiment.
FIG. 28 shows the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss, the potential difference between the wiring vccv and the wiring vss connecting the operating voltage generation unit 12a and the oscillation circuit 11a, and the state of the control signal rsen generated by the control signal generation unit 20. Has been. Moreover, (the potential of the output signal of the level shifter 14a) terminal cclk the potential of the counter 131, the count value C ount of the counter 131, the terminal rclk counter 131 potential (potential of the reference clock), the value of the register 132 is shown . Further, an output signal out of the comparison unit 135 is shown. Incidentally, an example of the count value C ount, because too fine, are not shown.

図28の例では、たとえば、記憶部134に記憶されている判定基準値を、70としている。
図28に示されているように、レジスタ132に取り込まれたカウント値が80となると(タイミングt40)、比較部135は、カウント値が判定基準値の70以上であるので、出力信号outをHレベルとする。
In the example of FIG. 28, for example, the determination reference value stored in the storage unit 134 is 70.
As shown in FIG. 28, when the count value taken into the register 132 reaches 80 (timing t40), the comparison unit 135 outputs the output signal out to H because the count value is 70 or more of the determination reference value. Level.

タイミングt41で、配線vccと配線vss間の電位差が、たとえば、電源ノイズなどの影響により小さくなり、その影響でタイミングt42からレジスタ132に取り込まれるカウント値も小さくなり始める。ただし、タイミングt42では、カウント値は判定基準値以上であるので、出力信号outはHレベルのままである。タイミングt43で、カウント値が判定基準値を下回ると、比較部135は、出力信号outをLレベルとする。図28の例では、タイミングt44で、配線vccと配線vss間の電位差が元に戻り、レジスタ132に取り込まれるカウント値が90となっている。このとき、比較部135は、カウント値が判定基準値以上であるため、出力信号outをHレベルとしている。   At the timing t41, the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss becomes smaller due to the influence of, for example, power supply noise, and the count value taken into the register 132 from the timing t42 starts to become smaller. However, since the count value is equal to or greater than the determination reference value at timing t42, the output signal out remains at the H level. When the count value falls below the determination reference value at timing t43, the comparison unit 135 sets the output signal out to the L level. In the example of FIG. 28, the potential difference between the wiring vcc and the wiring vss returns to the original at the timing t44, and the count value taken into the register 132 is 90. At this time, since the count value is equal to or greater than the determination reference value, the comparison unit 135 sets the output signal out to the H level.

このように、レジスタ132に取り込まれたカウント値の変化を検出することで、配線vccと配線vss間の電位差の変動を検出することができる。また、判定基準値とカウント値とを比較して、その比較結果を出力することで、電位差の大きな変動が検出しやすくなる。   In this manner, by detecting a change in the count value taken into the register 132, a change in potential difference between the wiring vcc and the wiring vss can be detected. Further, by comparing the determination reference value with the count value and outputting the comparison result, it becomes easy to detect a large variation in potential difference.

以上、複数の実施の形態に基づき、本発明の電圧変動検出回路及び半導体集積回路の一観点について説明してきた。
近年、スマートフォンやセンサーデバイスの普及に伴い、半導体集積回路の低消費電力化の要求が増してきている。一般的に、性能と電力(消費エネルギー)はトレードオフの関係にあり、低消費電力化の要求を満たすために、性能が下がってしまうことが問題視されている。
As described above, one aspect of the voltage variation detection circuit and the semiconductor integrated circuit of the present invention has been described based on a plurality of embodiments.
In recent years, with the spread of smartphones and sensor devices, there has been an increasing demand for lower power consumption of semiconductor integrated circuits. In general, performance and power (energy consumption) are in a trade-off relationship, and it is regarded as a problem that the performance is lowered in order to satisfy the demand for lower power consumption.

上述の各実施の形態の電圧変動検出回路は、検出対象の電圧を下げた動作電圧で発振回路を動作させる。これにより、発振回路の発振周波数変動率λが大きくなり、式(6)の関係から、性能(測定精度S)を落とさずに消費エネルギーEtotalを下げた電圧測定を行うことが可能である。また、製造テクノロジが変わっても、上記の電圧変動検出回路はデジタル回路で設計できるため、アナログ回路を用いた電圧センサよりも設計が楽であるという利点がある。このため、上記の電圧変動検出回路の適用可能性は広いと考えられる。 The voltage fluctuation detection circuit according to each of the above-described embodiments operates the oscillation circuit with an operating voltage obtained by reducing the voltage to be detected. As a result, the oscillation frequency variation rate λ of the oscillation circuit is increased, and voltage measurement with reduced energy consumption E total can be performed without reducing performance (measurement accuracy S) from the relationship of Equation (6). Further, even if the manufacturing technology changes, the voltage fluctuation detection circuit can be designed with a digital circuit, so that there is an advantage that the design is easier than a voltage sensor using an analog circuit. For this reason, the applicability of the voltage fluctuation detection circuit is considered wide.

なお、上記では、本発明の電圧変動検出回路及び半導体集積回路の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
たとえば、上記の各実施の形態同士を組み合わせてもよい。たとえば、第2の実施の形態の電圧変動検出回路10aにおいても、動作電圧生成部12aのpMOS121やレベルシフタ14aを、複数段設けてもよいし、配線vddと配線vddvの間に容量素子を接続してもよい。また、第2の実施の形態の電圧変動検出回路10aにおいても、動作電圧生成部12aを配線vddに接続する代わりに、配線vssに接続して、接地電位を上げてもよい。また、第10の実施の形態の電圧変動検出回路10iにおける周波数比較部133は、上記の例では、第3の実施の形態の電圧変動検出回路10bに組み合わせた場合を説明したが、他の実施の形態でも使用できる。
In the above, one aspect of the voltage variation detection circuit and the semiconductor integrated circuit of the present invention has been described. However, these are merely examples, and the present invention is not limited to the above description.
For example, the above embodiments may be combined. For example, also in the voltage fluctuation detection circuit 10a of the second embodiment, the pMOS 121 and the level shifter 14a of the operating voltage generation unit 12a may be provided in a plurality of stages, or a capacitance element is connected between the wiring vdd and the wiring vddv. May be. Also in the voltage fluctuation detection circuit 10a of the second embodiment, the operating voltage generation unit 12a may be connected to the wiring vss instead of connecting to the wiring vdd to raise the ground potential. In the above example, the frequency comparison unit 133 in the voltage fluctuation detection circuit 10i according to the tenth embodiment is combined with the voltage fluctuation detection circuit 10b according to the third embodiment. Can also be used.

1 半導体集積回路
10 電圧変動検出回路
11 発振回路
12 動作電圧生成部(降圧回路)
13 変動検出部
14 レベルシフタ
ns ノイズ源
vdd,vss 配線
w1,w2 波形
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor integrated circuit 10 Voltage fluctuation detection circuit 11 Oscillation circuit 12 Operating voltage generation part (step-down circuit)
13 fluctuation detector 14 level shifter ns noise source vdd, vss wiring w1, w2 waveform

Claims (11)

動作電圧を受けて発振動作を行う発振回路と、
検出対象の電圧を下げて前記動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
前記発振回路の発振周波数を測定することで前記電圧の変動を検出する変動検出部と、
を有することを特徴とする電圧変動検出回路。
An oscillation circuit that oscillates in response to an operating voltage;
An operating voltage generator for generating the operating voltage by lowering the voltage to be detected;
A fluctuation detector for detecting fluctuations in the voltage by measuring the oscillation frequency of the oscillation circuit;
A voltage fluctuation detection circuit comprising:
前記動作電圧生成部は、前記電圧の変動に応じて変動する前記動作電圧を生成することを特徴とする請求項1に記載の電圧変動検出回路。   The voltage fluctuation detection circuit according to claim 1, wherein the operating voltage generation section generates the operating voltage that varies according to the fluctuation of the voltage. 前記発振回路の出力信号の振幅を、前記変動検出部の動作電圧の振幅に揃えるレベルシフタを有することを特徴とする請求項1または2に記載の電圧変動検出回路。   The voltage fluctuation detection circuit according to claim 1, further comprising a level shifter that aligns an amplitude of an output signal of the oscillation circuit with an amplitude of an operation voltage of the fluctuation detection unit. 前記電圧は、第1の電位の第1配線と前記第1の電位より低い第2の電位の第2配線との間の電位差であり、前記動作電圧生成部は、前記第1の電位を下げることで、前記電圧を下げることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の電圧変動検出回路。   The voltage is a potential difference between a first wiring having a first potential and a second wiring having a second potential lower than the first potential, and the operating voltage generation unit lowers the first potential. The voltage fluctuation detection circuit according to claim 1, wherein the voltage is lowered. 前記発振回路に含まれるpチャネル型MOSFETのnウェルに前記動作電圧以上の電圧が印加されていることを特徴とする請求項4に記載の電圧変動検出回路。   5. The voltage variation detection circuit according to claim 4, wherein a voltage equal to or higher than the operating voltage is applied to an n-well of a p-channel MOSFET included in the oscillation circuit. 前記電圧は、第1の電位の第1配線と前記第1の電位より低い第2の電位の第2配線との間の電位差であり、前記動作電圧生成部は、前記第2の電位を上げることで、前記電圧を下げることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の電圧変動検出回路。   The voltage is a potential difference between a first wiring having a first potential and a second wiring having a second potential lower than the first potential, and the operating voltage generator raises the second potential. The voltage fluctuation detection circuit according to claim 1, wherein the voltage is lowered. 前記発振回路に含まれるnチャネル型MOSFETのpウェルに前記動作電圧以下の電圧が印加されていることを特徴とする請求項6に記載の電圧変動検出回路。   The voltage fluctuation detection circuit according to claim 6, wherein a voltage equal to or lower than the operating voltage is applied to a p-well of an n-channel MOSFET included in the oscillation circuit. 前記動作電圧生成部と前記発振回路との間の配線と、前記第1配線または前記第2配線に接続された容量素子を更に有することを特徴とする請求項4乃至7の何れか一項に記載の電圧変動検出回路。   8. The apparatus according to claim 4, further comprising: a wiring between the operating voltage generation unit and the oscillation circuit; and a capacitor connected to the first wiring or the second wiring. The voltage fluctuation detection circuit described. 前記動作電圧生成部は、ダイオード接続された1または複数のMOSFETであることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の電圧変動検出回路。   The voltage fluctuation detection circuit according to claim 1, wherein the operating voltage generation unit is one or a plurality of MOSFETs that are diode-connected. 前記変動検出部は、前記発振回路の発振回数をカウントするカウンタと、一定期間ごとのカウント数を保持する記憶部と、保持された前記カウント数と、所定の判定基準値とを比較して比較結果を出力する比較部と、
を有することを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の電圧変動検出回路。
The fluctuation detection unit compares a counter that counts the number of oscillations of the oscillation circuit, a storage unit that holds a count number for a certain period, and compares the count number held with a predetermined determination reference value. A comparator that outputs the results;
The voltage fluctuation detection circuit according to claim 1, comprising:
動作電圧を受けて発振動作を行う発振回路と、
検出対象の電圧を下げて前記動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
前記発振回路の発振周波数を測定することで前記電圧の変動を検出する変動検出部と、
を備えた電圧変動検出回路、
を有することを特徴とする半導体集積回路。
An oscillation circuit that oscillates in response to an operating voltage;
An operating voltage generator for generating the operating voltage by lowering the voltage to be detected;
A fluctuation detector for detecting fluctuations in the voltage by measuring the oscillation frequency of the oscillation circuit;
Voltage fluctuation detection circuit,
A semiconductor integrated circuit comprising:
JP2012259127A 2012-11-27 2012-11-27 Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit Pending JP2014106112A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012259127A JP2014106112A (en) 2012-11-27 2012-11-27 Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit
US14/038,315 US20140145707A1 (en) 2012-11-27 2013-09-26 Voltage fluctuation detection circuit and semiconductor integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012259127A JP2014106112A (en) 2012-11-27 2012-11-27 Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014106112A true JP2014106112A (en) 2014-06-09

Family

ID=50772704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012259127A Pending JP2014106112A (en) 2012-11-27 2012-11-27 Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20140145707A1 (en)
JP (1) JP2014106112A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108475101A (en) * 2016-01-21 2018-08-31 苹果公司 The method and apparatus detected and controlled that number is under-voltage
JP2018529939A (en) * 2015-08-06 2018-10-11 華為技術有限公司Huawei Technologies Co.,Ltd. Apparatus and scheme for IO pinless calibration or trimming of on-chip regulators

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9575095B2 (en) 2014-08-13 2017-02-21 Qualcomm Incorporated Low power high resolution oscillator based voltage sensor
JP6611619B2 (en) 2016-01-12 2019-11-27 アルパイン株式会社 Power fluctuation detection device and processing system
US11152920B2 (en) 2019-09-23 2021-10-19 International Business Machines Corporation Voltage starved passgate with IR drop
US10833653B1 (en) * 2019-09-23 2020-11-10 International Business Machines Corporation Voltage sensitive delay
US11281249B2 (en) 2019-09-23 2022-03-22 International Business Machines Corporation Voltage sensitive current circuit
US11204635B2 (en) 2019-09-23 2021-12-21 International Business Machines Corporation Droop detection using power supply sensitive delay
KR102492252B1 (en) * 2019-11-19 2023-01-26 구글 엘엘씨 Voltage-change detection under clock fluctuations
US11258447B2 (en) 2020-02-20 2022-02-22 Apple Inc. Integration of analog circuits inside digital blocks
CN115356513B (en) * 2022-08-09 2023-09-01 苏州聚元微电子股份有限公司 Digital detection circuit for power supply fluctuation

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4797724A (en) * 1982-06-30 1989-01-10 Honeywell Inc. Reducing bipolar parasitic effects in IGFET devices
JP2001068650A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device
JP2002214306A (en) * 2001-01-15 2002-07-31 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit
US8013669B2 (en) * 2009-10-27 2011-09-06 Apple Inc. Dynamic power noise event counter
JP2011114953A (en) * 2009-11-26 2011-06-09 Seiko Instruments Inc Voltage application time period measuring circuit and power supply apparatus
US8953364B2 (en) * 2012-09-18 2015-02-10 Micron Technology, Inc. Voltage rail noise sensing circuit and method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018529939A (en) * 2015-08-06 2018-10-11 華為技術有限公司Huawei Technologies Co.,Ltd. Apparatus and scheme for IO pinless calibration or trimming of on-chip regulators
CN108475101A (en) * 2016-01-21 2018-08-31 苹果公司 The method and apparatus detected and controlled that number is under-voltage
CN108475101B (en) * 2016-01-21 2021-01-15 苹果公司 Method and apparatus for digital under-voltage detection and control

Also Published As

Publication number Publication date
US20140145707A1 (en) 2014-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014106112A (en) Voltage variation detection circuit and semiconductor integrated circuit
US8136987B2 (en) Ratio meter for temperature sensor
KR101585231B1 (en) Oscillator for providing constant oscillation signal without power voltage and temperature changes and signal processing device for the same
US7176740B2 (en) Level conversion circuit
US11274971B2 (en) Temperature sensor
TWI542153B (en) Relaxation oscillator
US10866145B2 (en) Thermal sensor including pulse-width modulation output
US7965149B2 (en) Resistor-capacitor oscillator
JP2010166110A (en) Voltage detection circuit
JPWO2013042285A1 (en) Voltage detection circuit and voltage regulator device including the same
JP2006211158A (en) Semiconductor device provided with mos transistor
CN105099367A (en) Oscillation circuit and electronic device
CN107222018B (en) Power supply switching circuit and electronic device
KR20080014540A (en) Circuit for measuring power-up signal trip point of semiconductor memory apparatus
US10037011B2 (en) Time measuring circuit and temperature sensor circuit
US10496224B2 (en) Touch sensing circuit, touch panel and display device
KR101719098B1 (en) Circuit and method for pulse width measurement
US11379072B2 (en) Semiconductor device and semiconductor system having the same
KR100995657B1 (en) Semiconductor Memory Device Having an On-Chip Passive Element
US9297703B2 (en) Temperature sensing device and method of driving thereof
JP2010141552A (en) Power-on reset circuit and generating method of power-on reset signal
Xie et al. Low voltage delay element with dynamic biasing technique for fully integrated cold-start in DC energy harvesting systems
JP2014066528A (en) Semiconductor device
US20100231273A1 (en) Semiconductor device
Tiew et al. Design and Simulation of a Wide Temperature Range Frequency-to-Data Converter Based on Threshold Voltage Dependent Thermal Sensor